JPS61273688A - 離散的画素に分かれる画像領域の特徴の急変を検出する特徴変化検出装置 - 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】 〈発明の技術分野〉 本発明は、デジタル画像領域の特徴の急激々変化を高速
で確実に検出する装置に関する。

く技術的背景と問題点〉 デジタル画像の内容を調べる場合、領域が異質のものに
急激に変化することを検出することが分析の重要な項目
となる。一般に、このような領域の性質として、領域内
の１つもしくは複数の特徴（ｆｅａｔｕｒｅ）が異なる
サブ領域間である種の特別の条件を呈する。特徴が急激
に変化するところは。

例えば、異なる特徴値をもつサブ領域間の境界をかたち
づくる。１つの代表例はある領域から別の領域へと特徴
の変化する組織（ｔｅｘｔｕｒｅ）であり、この場合、
特徴の変化はベクトル場の不連続性として記述される。

常に問題となってきた点は、ベクトルの向きの変化と大
きさの変化の両方を有効に示すことのできるベクトル場
の変化の記述、定義１表現のしかたが得られていないこ
とである。例えば、従来の技術では特徴ベクトルがある
角度以下で変化することを検出できない。したがって、
このような向きのベクトルで特徴づけられるような複数
の領域に対し、領域間の区別を行うことが困難であった
。

本発明は、特徴グクトルの向きだけが変化しても、ある
いは大きさのみが変化しても、あるいはその両方が変化
してもベクトルによって特徴づけられるサブ領域同士を
区別することのできる装置に関する。

本発明は、コンピュータの画像分析に関する領域の研究
から創案されたものである。この分野の文献に記載され
る様々なアルゴリズムは本発明によって解決される問題
点をかかえている。これらのアルゴリズムと同様に、本
発明による信号処理も、基本的には一般のコンピュータ
で実行することができる。しかしながら、このような実
現のしかたには、必ずつきまとう欠点として、信号処理
がハードウェアで実現されず、なんらかのプログラムを
必要とする。という問題がある。このため。

全ての意味する応用において、所要の信号処理時間が容
認できないような長い時間となってしまう。

〈発明の課題、構成、展開〉 したがって１本発明は、離散的画素（ビクセル）に分け
られ、方向、大きさ、もしくはこの両者が変化するベク
トルによって特徴づけられる画像について、そのサブ領
域を高速にかつ確実に記述する装置を提供しようとする
ものである。

本発明の特徴は特許請求の範囲から明らかである。

本書で述べる装置を任えば一般のコンピュータより数千
倍も高速処理できることが判明した。

以下説明する本発明の装置は、離散的画像（デジタル画
像）の局部的な領域を検査する。「離散的」もしくは「
デジタル」とは、画像が空間的な意味で離散しているこ
とを意味し、したがって画像はある大きさをもつ複数の
画素となる。画素の値は、出力システムの型式に従って
デジタルもしくはアナログ形式で表現されることになる
。イメージ（画像）の全体を検査するシステム全体は、
イメージの呈なる領域を並列に処理する多数のユニット
を含んでもよければ、各画像領域を逐次分析する１個の
ユニットであってもかまわない。また、領域は一部が重
なりあってもよい。

後述する装置においては、前提として、観察される特徴
は、１画素別１つの複素数信号ないしは２次元ばクトル
の形式で表現される。これらのベクトルはあるひとつの
特徴、例えば、基本方位（ｄｏｍｉｎａｎｔ　ｏｒｉｏ
ｎｔａｔｉｏｎ　）を表わす。このような場合、それぞ
れのベクトルは、その向きが画像の構造の基本方位を示
し、その大きさがその向きでの確実性、確からしさを表
現する。このような画像の×クトル表現を得るには１例
えば、各画素にグレイスケールのレベルもしくはカラー
コート９と組み合わされる明度のレベルを割り振って成
る元のデジタル画像を変換する（この原理については。

ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　ＣＯＭＭ
ＪＮＩＣＡＴＩＯＮＳ”ＶＯ２Ｃ０Ｍ−３１Ｎｎ３　（
１９８３年、３月、ＰＰ、−３８８−４０６）に記され
ている）。

上述の問題点を解決するだめの手段として１本発明の装
置は４つの基本ユニットの組合せで構成されることを特
徴とする。第１と第２のユニットは１着目している領域
内の画像データと、その領域に対する複素数乗算係数の
組を発生する。第３ユニットは複数のサブユニットより
成り、各サブユニットは所定の方法で、着目している領
域内の複素数信号ないしベクトルと乗算係数の組との相
関をとる。最後に、第４ユニットが第３ユニットのサブ
ユニットからの出力信号に対し重みづけの総和をとる。

〈実施例〉 第１図に現在の問題状況を示す。領域１は２つの異なる
サブ領域よりなり、ベクトルの組又は異なる方向の複素
数信号により特徴ずけられ、これらの各々は例えば領域
の構造の方位を示す。領域２は同一方向であるが異なる
大きさのベクトルの組によって特徴ずけられる２つの異
なるサブ領域によって形成されている。異なるベクトル
領域は例えば個々のサブ領域内で同一方向で異なったコ
ントラストの構造を示している。

問題の状況からみて、タイプ２と同様なタイプ１の異な
るサブ領域間、及びその組み合せの境界をすばやくかつ
信頼できる方法で検出することができることが望ましい
ことである。サブ領域の異なるタイプ間の相違の程度を
特徴ずけることが望ましい。

第２図はこの発明による装置のブロック図を示す。図は
ユニット３を示し、該ユニット３は、上述のようにして
変換されたディジタル画像の゛ウィンドウ”に対応する
領域のだめの複素数画像データと同様に複素数形式の乗
算信号の組を与え。

その領域内で測定が実行されるべきである。この領域は
代表的にはＩＩＸＩＲ次元ペクト〜を含む。

この領域内のベクトル成分の値は所定数の同一のサブユ
ニットを含むユニット４によって検出され。

該サブユニットの３つは５，６．及び７で示されている
。これらのサブユニットからの出力結果は正規化ユニッ
ト８において比較され、ここで合成結果９が得られる。

この信号９は問題の領域内の特徴の突然の変化の発生の
測定であり、この突然の変化により形成される着目され
る領域の２つのサブ領域間の境界の方位の測定でもある
。

第２図に従った装置の第１の実施例は今、第３図〜第５
図を参照して述べられるだろう。

第３図は第２図のユニット３を詳細に示し、該ユニット
３は複素数形式の乗算係数信号の組及び着目される領域
の複素数形式の画像データの組を与える。こ＼で、画像
の“測定点”の周囲内に生じる異なるベクトルとしての
信号１（１１乗数係数信号の組としての信号１１．１２
及び１３が大きさと位相の成分によって表現される、と
仮定する。例えば。

大きさは０と２５５間の数、即ち１バイトによって表わ
される。同様に、位相角はまだ１バイトによって表わさ
れる。そこで各画素は１メモリにおいて、画素に所属す
るベクトルを表わす２バイトで割り振られるだろう。も
し他の種類のディジタル分解能が所望されるなら、もち
ろん他の記憶割り振りが考えられもまだ、データは電圧
又は電流のようなアナログ形式で表わされることができ
る。

アドレス発生器１４は、測定点の周囲の画像データ・メ
モリ１５から、大きさ１６及び位相１７の形式で現在の
複素形式信号を与える。アドレス発生器１４はまた係数
メモリ１８から複素形式の乗数係数信号の対応する組を
与える。簡略化のため３つの異なる組の乗数係数信号は
大きさ信号１９．２１及び２３と。

位相信号２０．２２と２４の形式で考えられる。しかし
、発明は正確にこの数に限定されず、少数及びさらに多
くの組の両方が可能である。ユニット１４．１５と１８
は夫々技術上周知であシ、この発明の対象ではない。

第４図はユニット４のサブユニット５の構成をさらに詳
細に示し、ユニット４は上述されたように多数の同一の
サブユニット５，６及び７を含み、前記組の複素形式の
乗数係数信号と着目された領域内の複素形式の信号又は
ベクトルとの相関をとる。サブユニットの数はこの結果
、この場合に乗数係数信号の組の数と等価になる。たと
えば、サブユニット５の機能は以下のようになる。画素
メモリ１５の大きさ信号１６と係数メモリ１８の大きさ
信号１８は乗算器２５に渡される。この結果である積成
分２６は乗算総和器２７．２８．２９及び３０に渡され
る。

画像メモリ１５の位相信号１７は２つのアダー３１と３
２において係数メモリ１８の位相信号２０と結合゛され
る。

１つのアダー３１において、２つの位相角が加算され、
これに対し他のアダー３２において角度の差が計算され
る。得られた位相値は夫々対応するルック・アップ・テ
ーブル３５．３７でコサイン変換され。

そしてルック・アップ・テーブル３６．３８でサイン変
換される。これらのテーブルから得られた値は以前に述
べられた乗算総和器２７．２８．２９及び３０に供給さ
れる。各乗算総和器の別の入力信号は前に述べた大きさ
の積２６である。これは着目している近傍について４つ
の積の総和が得られる。６積の総和は２乗ユニット３３
．３３′、３４及び３４′に渡され、この後４つの成分
はアダー３５′で加算される。

ユニット４はまた番号６と７で例示される複数の同様な
サブユニットを含み、これらはユニット５と同一の原則
的を機能を有するが、夫々、複素形式の乗数係数信号の
他の組２１．２２．２３．２４を使用している。すでに
上述されたように、発明はこの数のサブユニットに限定
されるものでなくサブユニットの数は、別の応用によっ
て決定される、乗数係数信号の組の数に依存して変える
ことができる。また、複素数形式の係数のすべての組の
積の総和が１つづつ直列に計算される。頂度、単一のサ
ブユニットを装置は含むことができる。

第５図は、各サブユニット５，６及び７からの部分結果
３６’　、３７′、及び３８′の総和と正規化のために
、第２図のユニット８の詳細をさらに示している。部分
結果はユニツ）３９，４０及び４１に送られて各々の平
方根が抽出され、夫々対応するユニット４２）４３．４
４に送られて複素数信号の極から直交表現へと変換され
る。このようなユニット４２の入力信号は平方根抽出ユ
ニット３９からの大きさの値並び一部は位相角値４５を
含み、その値４５は画像の１つの領域から他の領域へと
所定の方法でプリセットでき又は修正できる。ユニット
４２〜４４は、入力信号の位相差のなかにも、大きさの
要素によってこれらの入力信号を乗算でき、入力信号の
複素数値の重み付けが得られるようにする。直交座標形
で変換ユニツ）４２，４３及び４４から取り出された信
号はアダー４８と４９で加算され、アダー４８において
は実部が、アダー４９において虚部が加算される。測定
点の周囲の着目される近傍の測定結果はこの結果、実部
５０と虚部５１を有する複素数信号の形式で存在するだ
ろう。もし所望なら、この形式は、大きさ５３と位相５
４の形式で出力結果を与える直交・極変換器５２におい
て離形式へと変換されることができる。

ユニツ）３９．４０．４１は平方根抽出機能を必ずしも
実現する必要はない。また入力信号の別の機能が可能で
ある。ユニットは例えば関数Ｘ　を実現でき、こ＼にＸ
はユニット３９．４０と４１への入力信号を夫々表わし
、そしてαは０．１と１００まで、好ましくは０．２５
から２までの指数を示す。関心のある他の関数は例えば
指数関数及び対数関数である。関数の選択は選択された
乗算係数に依る。しかし、一般には、関数は単調である
べきである。

特徴の突然の変化の測定及びこの変化の境界の方位の測
定がどのようにして、元の画像の画素に対応している測
定点の周囲の領域において得られることができるかが上
述されてきた。対応する方法で、画像の残シの画素が、
またこれらの画素の周囲の近傍において前記特徴の突然
の変化の発生に関して調査され得る。これは、新しい画
素の近傍へと６ウインドウ”を移動することにより画像
を連続して走査する装置、又は並列していくつかの近傍
を走査する複数の装置のいずれかによって実現され得る
。上述した実施例において１画像及び係数ベクトルは離
形式で表わされた。この代りに着目される信号は直交形
式の成分により表わすことができ、１つの成分は複素数
信号の実部に対応し、他の成分は虚部に対応する。メモ
リを使用することにより、アドレス発生器のような適当
なメカニズムは測定点の周囲の現在のベクトル値を与え
るであろうことが、また前提として仮定される。第２図
のブロック図は、ｔたこの場合に本装置に適用可能であ
る。

本発明のこの別の実施例が、この変形のユニット５の構
成を示す第６図を参照してさらに十分に述べられるだろ
う。画像データＩＯ及び係数１１の夫々の実部と虚部が
４つの乗算器６０．６１．６２及び６３に与えられる。

これらの出力信号は４つのアダー６４、６５．６６及び
６７に渡される。アダー６４と６７の入力のひとつは反
転することに注意されたい。そこで、アダー６４と６５
は入力信号１０．１１の複素敷積の実部と虚部を夫々形
成するのに対し、アダー６６と６７は入力信号１１の複
素共役の夫々の実部と虚部を形成する。アダーからの出
力信号は４つの総和器６８、６９．７０及び７１におい
て加算される。この結果の総和信号は４つの乗算器７２
．７３．７４及び７５で２乗される。２乗された総和信
号は出力信号３６′を形成するためにアダー７６におい
て最後に加算される。この信号は第４図の実施例の信号
３６′　と同一である。第１の実施例におけるように、
また別の実施例におけるユニット６と７は上述されたユ
ニット５と同一であることが分る。

ユニット５の他の実施例は、第１の実施例のユニット５
のような同じ出力信号を出力するから、ユニット８は変
更されずに使用できる。

ユニット５のさらに別の実施例が第７図に示されている
。この実施例は本発明のアナログの実行ために特に適し
ているが、ディジタルの実行でも使用できる。しかし、
以下の記述において、単に簡略化のために、アナログの
実行でなされている。

測定点の囲りのすべての着目される近傍における画像デ
ータ信号１０は１例えば電圧又は電流によって表わされ
、同じ近傍にの対応する係数の組と画像データ信号を夫
々表わす、抵抗又は乗算Ｄ／Ａ変換器８０〜８２．９０
〜９２．　１００〜１０２及び１１０〜１１２の組へ供
給される。係数の組と画像データ信号は夫々、異なる積
の組み合わせを形成するために２回発生することが分る
。この場合、乗算なオームの法則に従って得られる。こ
の結果得られる積信号は、例えばフィードバック演算増
幅器によって実現される。４つの総和器１２０〜１２３
において加算され、この出力信号は４つのアダー１３０
〜１３３に供給され、ここで画像データ信号と係数の積
の総和の実部と虚部、及び画像データ信号と共役の係数
との積の総和の実部と虚部の夫々が形成される。それか
ら、これらの信号はアダー１５０における最後の総和を
とるために２乗ユニッ）　１４０〜１４３において２乗
される。出力信号３６′はユニット８に供給され、そし
て前に述べた実施例と同じ方法で処理される。

第８図は、ユニツ）　５．６．７のひとつへの入力信号
であると意図されている好ましい組の乗算係数の例を示
している。もし１着目されている画像の領域が１１　Ｘ
　１１の画素の広がりを有するならば、係数の組はまた
同じ広がりをもつ。これに関連して４つのサノユニット
５と４つの係数の組を用いると、本発明による装置は特
に利益があることが実証された。３つの残りの係数の組
は第８図に関して、夫々反時計回りに４５度、９０度及
び１３５度回転された、第８図に示されるひとつのコピ
ーである。

第５図に示される位相角４５．・・・４７は、前に示し
だ前提のもとで好ましくは夫々０度、　９０度、１８０
度及び２７０度の値をもつ。

別の適当な係数の組は第８図に関して２２．５度反時計
方向に回転された組によって表わされる。

この場合に、残シの３つの組は回転された組に関係して
、夫々反時計方向に４５度、　９０度及び１３５度回転
したコピーを表わす。

さらに別の変化において、係数の組は同じ相対的角度差
をもたせない方法で回転され得る。

【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図は画像データと乗算係数のメモリを備えたアト９
レツシングユニットの詳細なブロック図、第４図は第２
図の相関演算サブユニットの詳細なブロック図。 第５図は第２図の積総和の重みづけ合成ユニットの詳細
なブロック図、 第６図は相関演算サブユニットの別の構成例を示す図。 第７図は相関演算サブユニットのアナログ構成を示す図
。 第８図は係数の好ましい組の一例を示す図である。 １５・・・第１ユニット（画像領域内のデータをベクト
ル形式で発生するユニット） １８・・第２ユニット（乗算係数を発生するユニット　
） ４・・・第３ユニット（乗算係数を用いて画像データの
相関をとって測定信号を生成するユニッ　ト　） ５−第４ユニット（測定信号の重みづけの総和をとるユ
ニット） （外５名）

Claims (13)

【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急変を検
   出するため、特徴を１画素につきひとつの複素数形式の
   信号で表現し、この信号の位相によつて特徴のタイプを
   表現し、この信号の大きさによつて特徴の確実性を表現
   することとした装置において、 上記画像領域内における上記信号（１６、１７）を発生
   する第１ユニット（１５）と、 これらの信号に対応して、少なくとも一組の複素数形式
   の乗算係数信号（１９、２０；２１、２２；２３、２４
   ）を発生する少なくとも１つの第２ユニット（１８）と
   、 乗算係数信号の組別に、上記信号（１６、１７）に乗算
   係数信号（１９、２０；２１、２２；２３、２４）を乗
   じたものの総和より成る第１総和信号の大きさと、上記
   信号（１６、１７）に上記乗算係数信号の複素共役を乗
   じたものの総和より成る第２総和信号の大きさを自乗し
   たものの総和より成る測定信号（３６′、３７′、３８
   ′）を生成する第３ユニット（４）と、乗算係数信号に
   依存する関数の複素数形式の係数（４５、４６、４７）
   を使用して第３ユニット（４）からの測定信号（３６′
   、３７′、３８′）に重みをつけて総和をとる第４ユニ
   ット（８）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３
   ユニット（４）は、乗算係数信号の各組に対応づけられ
   た複数のサブユニット（５、６、７）より成り、各サブ
   ユニットは各組に対応する測定信号（３６′、３７′、
   ３８′）を生成することを特徴とする装置（第２図）。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載の装置において、各サ
   ブユニット（５、６、７）は、 信号の大きさ（１６）と、対応する乗算係数の大きさ（
   １９）との積（２６）を生成する乗算器（２５）と、信
   号の位相（１７）と、対応する乗算係数の位相（２０）
   との和と差を生成するアダー（３１、３２）と、この和
   と差のそれぞれについてそのｃｏｓｉｎｅとｓｉｎｅを
   生成する手段（３５、３６、３７、３８）と、求めたｃ
   ｏｓｉｎｅとｓｉｎｅ信号のそれぞに乗算器（２５）か
   らの積信号（２６）を乗じ、各部分結果の総和をとる乗
   算・総和器（２７、２８、２９、３０）と、求めた総和
   を自乗する自乗ユニット（３３、３３′、３４、３４′
   ）と、 これらの自乗値を加算するアダー（３５′）と、から成
   ることを特徴とする装置（第４図）。
4. （４）特許請求の範囲第２５項記載の装置において、各
   サブユニット（５、６、７）は、 信号（１０）の実部と虚部のそれぞれに、対応する乗算
   係数（１１）の実部と虚部のそれぞれを乗じる乗算器（
   ６０、６１、６２、６３）と、 信号と対応乗算係数との積と、信号と対応乗算係数の共
   役との積のそれぞれの実部と虚部を生成するアダー（６
   ４、６５、６６、６７）と、各アダー（６４、６５、６
   ６、６７）の出力信号の総和をとる総和器（６８、６９
   、７０、７１）と、 総和器（６８、６９、７０、７１）の出力信号を自乗す
   る自乗ユニット（７２、７３、７４、７５）と、自乗ユ
   ニット（７２、７３、７４、７５）の出力信号を加算す
   るアダー（７６）と、 から成ることを特徴とする装置（第６図）。
5. （５）特許請求の範囲第２項記載の装置において、各サ
   ブユニット（５、６、７）は、 乗算係数の実部と虚部を有し、これらを信号の実部と虚
   部のそれぞれに乗じる第２ユニットの組（８０−８２、
   ９０−９２、１００〜１０２、１１０〜１１２）と、第
   ２ユニットのそれぞれの組に対応し、その積信号の総和
   をとる総和器（１２０〜１２３）と、信号と乗算係数と
   の積と、信号と乗算係数の共役との積のそれぞれを加算
   するアダー（１３０〜１３３）と、 それぞれのアダー（１３０〜１３３）の出力信号を自乗
   する自乗ユニット（１４０〜１４３）と、自乗ユニット
   （１４０〜１４３）の出力信号を加算するアダー（１５
   ０）と、 から成ることを特徴とする装置（第７図）。
6. （６）特許請求の範囲第５項記載の装置において、第２
   ユニット（８０〜８２、９０〜９２、１００〜１０２、
   １１０〜１１２）は抵抗回路網もしくは乗算Ｄ／Ａ変換
   器のようなアナログ手段で構成されることを特徴とする
   装置。
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４ユニットは、 第３ユニット（４）から出力信号の平方根をとる平方根
   抽出ユニット（３９〜４１）と、 求めた信号に、対応する複素重みづけ係数を乗じる重み
   づけユニット（４２〜４４）と、 重みづけユニット（４２〜４４）の出力信号の実部と虚
   部のそれぞれの加算を行う２つのアダー（４８、４９）
   と、 から成ることを特徴とする装置（第５図）。
8. （８）特許請求の範囲第１項から第７項のいずれかに記
   載の装置において、乗算係数は４つの組（１９〜２４）
   から成ることを特徴とする装置。
9. （９）特許請求の範囲第８項記載の装置において、１組
   の乗算係数につき１つのサブユニット（５〜７）が対応
   することを特徴とする装置。
10. （１０）特許請求の範囲第８項または第９項記載の装置
    において、ある組の乗算係数（１９、２０）を所定の角
    度だけ回転させることにより残りの組の乗算係数（２１
    、２２；２３、２４）が得られることを特徴とする装置
    。
11. （１１）特許請求の範囲第１０項記載の装置において、
    ４５°、９０°、１３５°回転させることにより残りの
    ３組の乗算係数が得られることを特徴とする装置。
12. （１２）特許請求の範囲第１項から第１１項のいずれか
    に記載の装置において、複素数形式の係数（４５〜４７
    ）によつて測定信号（３６′〜３８′）が位相的に回転
    されることを特徴とする装置。
13. （１３）特許請求の範囲第８項から第１１項のいずれか
    に記載の装置において、複素数形式の係数（４５〜４７
    ）によつて、測定信号（３６′〜３８′）がそれぞれ０
    °、９０°、１８０°、２７０°回転されることを特徴
    とする装置。