JPS6280775A - 画像処理装置 - 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〕 本発明は多値画像データを２次元空間フィルタを用いて
空間微分等の画像処理を施す画像処理装置に関する。

（発明の技術的背景とその問題点） ２次元濃淡カラー画像等の所謂多値画像データを処理す
る場合、空間フィルタリング処理が多く用いられる。こ
の空間フィルタリング処理は、画像の強調処理や、画像
の微分処理等を行う為に必須のものであり、また多様な
画像変換を行うに際して多くの利用実績を上げている。

さて空間フィルタリング処理は、基本的には第８図に示
すように画像メモリエに格納された多値画像のデータを
、例えばその注目画素（Ｘ、Ｙ）とその周囲の画素とか
らなる（３Ｘ３）画素の部分画像Ｆ　（Ｘ、Ｙ）を処理
単位■として空間フィルタリング処理回路■に読出し、
同一の部分領域を持つ空間フィルタのマスクＩＶに対し
て設定された荷重マトリックス（ａｉｊ）の各重み係数
との間で次のようなフィルタ演算を行い、その演算結果
Ｇ　（Ｘ、Ｙ）を新たな画像メモリＶに格納する処理か
らなる。

この演算処理は、積和演算を基本として行われ、これを
高速に実行するには、例えば前述した部分領域内の各画
素に対する演算を並列化することが必要となる。

ところがこの並列演算に必要なハードウェア量は、例え
ば画素データの階調が（２５６：　　８ビツト）で与え
られ、またフィルタリング処理された画素が入力画素と
同一の階調に正準化されるようにその荷重マトリックス
（ａ　ｉｊ）の係数和が（１）となるように各係数を８
ビツトに設定すると、（８Ｘ８）ビット入力の乗算器が
そのマトリックス領域分必要となる。更にその乗算器の
出力を加算する為の１６ビツト以上の加算器を多段に設
けることが必要となる。

この為、そのハードウェア量が極めて大きくなることが
否めない。

一方、上述した演算を簡単に実現するものとして、処理
時間を犠牲にして乗算器の必要個数を減らしたバイブラ
イン処理方式も提唱されている。

然し乍ら、いずれの方式を採用するにしろ、従来装置で
は実験的、或いは研究的応用における汎用性を確保する
べく、全ての変数設定を広範囲に許容できるように設計
されている。この為、当然のことながら、大掛りで高価
な装置となることが否めなかった。

（発明の目的） 本発明は、産業現場に導入される画像処理装置にあって
は■荷重マトリックスの係数を＾精度に、且つ広範囲に
変化させる必要がないこと、また■その係数間の相対的
関係の多くは、その絶対値で（１，２，４，８）程度の
比を持つに過ぎないこと、■荷重マトリックスの係数の
組合せについては数種類で十分なこと等に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、簡易に、且つ高速
に所望とする画像処理を行うことができ、しかも小形、
低価格化を図ることの可能な画像処理装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、２次元空間フィルタリング処理に必要な上記
２次元空間フィルタを構成するマスクに対する荷重マト
リックスを数種類に限定し、この荷重マトリックスの各
重み係数をコード情報によって選択するようにして乗算
器のテーブル化を図り、つまり重み係数と入力データと
の演算結果を、上記コード情報と入力データとをアドレ
スとして予めテーブル化し、このテーブルを前記コード
情報と入力データに従ってアクセスしてその演算結果を
求めるようにしたものである。

そして、このようにして求められたマスク内の各入力デ
ータに対する各演算結果の和を求めたのち、この上記演
算結果の和のデータに対する正準化データを該和のデー
タと前記コード情報とに従ってテーブル変換して求める
ようにしたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、その荷重係数がコード化され
ているので、コード情報によって所望とする荷重係数を
乗算器（テーブル）に対して簡易に設定することが可能
となる。また荷重係数をコード化して取扱うので、乗算
機能を実行する為のビット数を少なくすることが可能と
なり、上述したテーブル自体も簡易に構成することが可
能となる。

従って装置の小形化と、低価格化を図ることができる。

またテーブルからマスク内の演算結果を同時に求めるよ
うにすることで、その完全並列処理化を因ることが可能
となり、その高速処理化の向上を図り得る等の実用上多
大なる効果が奏せられる。

（発明の実施例〕 以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明する
。

第２図は実旅例装置の概略構成図であり、ここでは注目
画素を含む（３ｘ３）画素の部分領域に対して空間フィ
ルタリング処理を行う装置が示される。

画像メモリを２次元走査してシリアルに読出される画像
データＶＩＮは、積マトリックス回路１に入力されると
共に、１走査ラインの遅延段数を持つ２段のシフトレジ
スタ２．３に直列に入力され、１走査ライン遅延、およ
び２走査ライン遅延されて上記積マトリックス回路１に
入力される。つまり、積マトリックス回路１には隣接す
る３走査ラインのシリアル画像データＶＩＮが並列的に
入力されている。

またこの積マトリックス回路１には、外部装置（ホスト
）から空間フィルタにおけるマスクの荷重マトリックス
を指定するコード情報が与えられている。

このコード情報によって指定される荷重マトリックスは
、そのマスクが（３ｘ３）画素で示されるとき、例えば
第２図（ａ）〜（ｅ）の如く与えられるものである。

しかして積マトリックス回路１は、コード情報によって
指定される第２図（ａ）〜（ｅ）の如く示される荷重係
数と、前記並列的に入力される３走査ラインの各画素デ
ータとから、そのマスクの（３ｘ３）画素についての荷
重結果（入力画素データと重み係数との乗算値）とを求
め、これを並列的に出力している。

領域和回路４は、このような各画素に付いての荷重結果
を入力してその総和を求め、これを注目画素に対する演
算結果として出力している。

正準化回路５は、上述した如く求められた演算結果のビ
ット数を、つまりそのダイナミックレンジを正準化する
ものであり、レジスタ６に設定される正準化制御データ
に従ってその正準化処理を行っている。尚、この正準化
制御データは、前記荷重マトリックスを選択指定するコ
ード情報に対応したものである。

この正準化の概念について簡単に説明すると、前記第２
図（ａ）〜（ｅ）に示す荷重マトリックスの絶対値の和
を最大とするものは（ａ）に示す荷重マトリックスであ
り、その値は（１６）である。これに対して他の荷重マ
トリックスにおける絶対値の和の最大値は、それぞれ（
８，１２，６゜６）である。

従って今、第２図（ａ）に示す荷重マトリックスを用い
て空間フィルタリング処理を行った場合、その演算結果
のダイナミックレンジは入力画素データに対して１６倍
に拡大されることになる。また他の荷重マトリックスを
用いた場合には、そのダイナミックレンジの拡大は、そ
れぞれ８倍、１２倍、６倍、６倍となる。

このことは、採用する荷重マトリックスによって、その
ダイナミックレンジの拡大率が異なることを意味する。

正準化回路５は、このようなダイナミックレンジの拡大
を補正し、その演算結果が入力画像データと同じダイナ
ミックレンジを持つようにするものであり、この処理が
正準化と称される。

尚、ここでは第２図（ａ）〜（ｅ）に示される荷重マト
リックスだけを準備し、これを選択的に用いるものとす
ると、準備すべき重み係数としては（８，４，２，１，
Ｏ，−１）の６種類だけで良い。

以上のことを全体として、本装置の具体的な構成とその
作用について第３図乃至第６図を参照して説明する。

第３図は積マトリックス回路１の構成例を示すものであ
る。　　　□ 前述した如くシリアルに入力される画素データ、および
１走査ライン分遅延された画素データ、２走査ライン分
遅延された画素データは、画像同期信号に同期して入力
レジスタｌｌａ、ｌｌｂ、１１ｃにそれぞれラッチされ
る。この段階では、入力レジスタ１１ｂに注目画素の画
素データが格納され、入力レジスタ１１ａ、１１ｃには
その上下の画素のデータがそれぞれ格納されることにな
る。

並列に設けられた９個のテーブルメモリ（Ｍ　Ｅ　Ｍ　
）　１２ａ、１２ｂ、　〜１２ｉは、上記３つの入力レ
ジスタ１１ａ、　１１ｂ、　Ｉｌｃにそれぞれ格納され
た画素データを入力し、レジスタ１３ａ、　１３ｂ、〜
１３ｉにそれぞれセットされたコード情報とに従って各
入力画素データと該コード情報によって指定される重み
係数との乗算値を出力するものである。

このようにして各テーブルメモリ１２ａ、１２ｂ、〜１
２ｉからそれぞれ出力される乗算結果は、前記画像同期
信号に同期して出力レジスタ１４ａ、１４ｂ、〜１４ｉ
に格納された後、次段の領域和回路４に並列的に出力さ
れる。

即ち、前記テーブルメモリ１２ａ、１２ｂ、　〜１２ｉ
は、例えば８ビツトのデータとして示される入力画素デ
ータと前述した６種類の重み係数との各乗算結果を、該
入力画素データを示す８ビツトのデータ、および６種類
の重み係数を選択的に指定する３ビツトのコード情報か
らなる計１１ビットのデータをアドレスデータとしてテ
ーブル化し、これを格納して構成される。そして前記入
力レジスタ１１ａ（１１ｂ、１１Ｃ＞から与えられる入
力画素データと、レジスタ１３ａ　　（１３ｂ、〜１３
１）にセットされるコード情報に従って選択的に読出し
、これを上記入力画素データと前記コード情報によって
指定された重み係数との乗算結果として出力するものと
なっている。

ここでは空間フィルタのマスクが、第４図に示すように
その注目画素を中心としてａ、ｂ、〜：で示されるもの
とすると、レジスタ１３ａ、　１３ｂ、　１３Ｃにはマ
スク内の画素ａ、（ｊ、　ｇの各重み係数を指定するコ
ード情報がそれぞれセットされる。またレジスタ１３ｄ
、１３ｅ、１３ｆにはマスク内の画素す、ｅ。

ｈの各重み係数を指定するコード情報がそれぞれセット
され、レジスタ１３ｇ、１３ｈ、１３ｉにはマスク内の
画素ｃ、ｆ、ｉの各重み係数を指定するコード情報がそ
れぞれセットされる。

そしてテーブルメモリ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、レジ
スタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃにセットされた各コード情
報と前記入力レジスタ１１ａ、１１ｂ、１１ｃにセット
された画素データとをそれぞれ入力し、各画素データに
マスク内の画素ａ、ｄ、ｇに対して設定された各重み係
数を乗じた演算結果Ａ、Ｄ、Ｇを並列的に求めている。

これによりマスク内の行方向に隣接する画素に対する）
馬算結果が同時に求められることになる。同様にしてテ
ーブルメモリ１２ｄ、１２ｅ、１２ｆは、前記入力レジ
スタ１１ａ、１１ｂ、１１ｃにセットされた画素データ
に、マスク内の画素す、ｅ、ｈに対して設定された各重
み係数を乗じた演算結果Ｂ、Ｅ。

Ｈを並列的に求めており、テーブルメモリ１２ｇ。

１２ｈ、１２ｉは、前記入力レジスタ１１ａ、１１ｂ、
１１ｃにセットされた画素データに、マスク内の画素ｃ
、ｆ。

ｉに対して設定された各重み係数を乗じた演算結果Ｃ，
Ｆ、Ｉを並列的に求めている。

この処理が画素同期信号に同期して順次連続的に行われ
ている。

尚、３つの画素データに対するマスクの列ａ。

ｄ、に）、列す、ｅ、ｈ、および列ｃ、ｆ、ｉに対する
並列的な重み係数処理は、入力画素データに対するマス
ク内の列方向における演算結果を同時に得る為の配慮で
ある。

しかしてこのようにして積マトリックス回路１にて求め
られた入力画素データに対する各係数演算結果は、前述
した出力レジスタ１４ａ、　１４ｂ、〜１４ｉにセット
された後、領域和回路４に与えられる。

この領域和回路４は、例えば第５図に示すように構成さ
れる。加算器１５ａ、　１５ｂは前記演算結果Ａ。

Ｄ、Ｇの和を求めるもので、その加算データは３段のレ
ジスタ１６ａ、１６ｂ、１６Ｃを介して２画素分遅延さ
れる。また加算器１５ｃ、　１５ｄは前記演算結果Ｂ。

Ｅ、Ｈの和を求めるもので、その加算データは２段のシ
フトレジス１６ｄ、１６ｅを介して１画素分遅延される
。また加算器１５ｅ、１５ｆは前記演算結果Ｃ９Ｆ、Ｉ
の和を求めるもので、その加算データはレジスタ１６ｆ
にセットされる。

この遅延処理によって−レジスタ１６ｃ、　１６ｅ、　
１６ｒには、列方向に異なる係数処理が施された係数演
算結果の各相のデータがそれぞれ求められる。

加算器１７ａ、１７ｂはこのような加算データの総和を
求めるもので、これにより前述したマスク内の各画素に
対してそれぞれ重み係数処理が施されたデータの和、つ
まり注目画素に対する空間フィルタリング処理された演
算結果が求められることになる。

即ち、前述した積マトリックス回路１では３画素につい
て３列の係数処理を同時に施し、その演算結果を同時に
得た。そこでこの領域和回路４では、そのマスクの列位
置に応じて画素単位の遅延処理を施し、重み係数処理が
施されたマスク内の演算結果の和が同時に得られるよう
にしている。

尚、このような遅延処理を領域和回路４で行うことに代
えて、前記積マトリックス回路１の出力段を多段構成の
レジスタとし、積マトリックス回路１自体がマスク内の
各画素に対する重み係数処理結果をそれぞれ同時に出力
するようにしても良い。

このようにすれば、領域和回路４では、上述した遅延処
理を行うことなしに直接その総和処理を行うことが可能
となる。

しかして領域和回路４で求められたマスク演算結果に対
する正準化処理を行う正準化回路５は、例えば第６図に
示すように構成される。

シフタ回路２０は、その入力データ（マスク処理された
演算結果）の連続部分情報を抽出するもので、レジスタ
２１にセットされたデータに従ってその選択出力を制御
している。

このシフト処理は、前述した荷重マトリックスによって
そのダイナミックレンジが１６倍（２４）に拡大される
とき、入力データを４ビツトシフトしてマスク演算処理
結果のダイナミックレンジを元の画素データのダイナミ
ックレンジに合せるものである。また第２図（ｂ）に示
す荷重マトリックスが用いられてそ゛のダイナミックレ
ンジが８倍（２３）に拡大された場合には、３ビツトシ
フトによってマスク演算処理結果を正準化するものであ
る。

このようなビットシフトを制御するデータは、荷重マト
リックスを選択する前記コード情報に応じてレジスタ２
１にセットされ、シフタ２０の動作に供される。

このようにシフト処理されたデータが、そのサインビッ
ト情報と共にテーブルメモリ２２に与えられる。

このテーブルメモリ２２は、前記荷重マトリックスの絶
対値の和が２の階乗でないとき、上述したシフタ２０に
よってはマスク演算結果の正準化ができないので、これ
を正準化する為に設けられるものである。このテーブル
メモリ２２には、入力データに対する正準化データが、
その荷重マトリックスに応じて予め格納されている。そ
して正準化データに応じてレジスタ２３にセットされる
正準化制御データとその入力データとによってテーブル
メモリ２２がアクセスされ、そのアドレスに格納された
正準化データが選択的に出力されるようになっている。

従ってマスク演算処理された演算結果は、そこで用いら
れた荷重マトリックスの各係数の絶対値の和が２の階乗
で示される場合には、上記ピッｌ−シフトによって正準
化され、また２の階乗で示されない場合には、テーブル
変換によって正準化されるようになっている。そして、
このようにして正準化されたマスク演算結果は、画素周
期信号に従って出力レジスタ２４にセットされた後、所
定の画像メモリに出力されるようになっている。

尚、選択した荷重マトリックスに応じたｆｉｌ　ＩＩＩ
をレジスタ２５にセットし、比較器２６にて上記正準化
されたマスク演算結果を上記Ｉｉ！ｌ値と比較して、そ
の結果を２値化し、これを出力するようにしても良い。

このように本装置によれば、空間フィルタを構成するマ
スクに与える荷重マトリックスの種類を実際に用いられ
るものだけに制限し、これをコード情報に従って選択し
ながらマスク演算を行うので、荷重マトリックスのセッ
トが容易であることのみならず、その演算処理をテーブ
ルを用いて実行するので簡易に、且つ高速に実行するこ
とができる。

しかもその処理動作の全てを画素同期信号に同期させて
簡易に、且つ確実に行うこができる。またテーブル構造
も簡単で、コード情報を用いた少ないビット数でマスク
演算処理を簡易に実行できる。従って装置の小形化と低
価格化を容易に図ることが可能となる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。例えば荷重マトリックスの各係数を、その荷重マトリ
ックス毎に固定的に定める場合には、前述したようにコ
ード情報を用いて各係数を個々に指定することに代えて
、荷重マトリックス自体をコード情報によってた指定す
るようにすることが可能である。この場合には、積マト
リックス回路１を、例えば第７図に示すように構成すれ
ば良い。つまり荷重マトリックスを指定するコード情報
をレジスタ２７にセットし、これを各テーブルメモリ１
２ａ、１２ｂ、〜１２ｉに対して共通に与えるようにす
れば良い。勿論、各テーブルメモリ１２ａ。

１２ｂ、〜１２ｉでは、そのコード情報によって指定さ
れる荷重マトリックスの重み係数を、そのマスク内の画
素位置に応じて特定することは云うまでもない。

また正準化処理の精度が要求されない場合には、そのテ
ーブルメモリ２２を省略して、正準化処理の全てをシフ
タ２０によって行うようにしても良い。

またここでは（３ｘ３）画素を処理単位とする空間フィ
ルタリング処理について説明したが、その処理単位は特
に限定されるものではない。その他、本発明はその要旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第２図は
荷重マトリックスの例を示す図、第３図は実施例装置に
おける積マトリックス回路の構成例を示す図、第４図は
マスクの画素位置を示す図、第５図は実施例装置におけ
る領域和回路の構成例を示す図、第６図は実施例装置に
おける正準化回路の構成例を示す図、第７図は実施例装
置における積マトリックス回路の変形例を示す図、第８
図は空間フィルタリング処理の概念を示す図である。 １・・・積マトリックス回路、２．３・・・シフトレジ
スタ、４・・・領域和回路、５・・・正準化回路、６・
・・正準化制御データ用レジスタ、１１ａ、１１ｂ、１
１ｃ・・・入力レジスタ、１２ａ、１２ｂ、　〜１２ｉ
−Ｔ−プルメモ’Ｊ　、１３ａ。 １３ｂ、〜１３ｉ・・・重み係数指定用コード情報がセ
ットされるレジスタ、１４ａ、１４ｂ、〜１４ｉ・・・
出力レジスタ、１５ａ、１５ｂ、　〜１５ｆ、１７ａ、
１７ｂ　・・・加算器、１６ａ、　１６ｂ、　〜１６ｆ
・・・レジスタ、２０・・・シフタ、２２・・・テーブ
ルメモリ、２６・・・比較器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 （ａ）　　　　（ｂ）　　　　（Ｃ）　　　　（ｄ）　
　　　（ｅ）第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２次元空間フィルタを用いて２次元濃淡画像に対
   する画像の強調や空間微分等の処理を行う画像処理装置
   において、 コード情報によつて特定される上記２次元空間フィルタ
   を構成するマスク内の重み係数と入力データとの演算結
   果を、上記コード情報と入力データとをアドレスとして
   テーブル化した第１のメモリと、この第１のメモリを前
   記コード情報と入力データに従つてアクセスする手段と
   、上記第１のメモリの出力として求められる前記２次元
   空間フィルタを構成するマスク内の各入力データに対す
   る各演算結果の和を求める手段と、前記２次元空間フィ
   ルタを構成するマスク内の重み係数に応じて定まる上記
   演算結果の和のデータに対する正準化データを該和のデ
   ータと前記コード情報とをアドレスとしてテーブル化し
   た第２のメモリと、この第２のメモリを前記和のデータ
   とコード情報とに従ってアクセスする手段とを具備した
   ことを特徴とする画像処理装置。
2. （２）第１のメモリは、２次元空間フィルタを構成する
   マスク内の複数の入力データに対する各演算結果を同時
   に並列出力するものである特許請求の範囲第１項記載の
   画像処理装置。
3. （３）第２のメモリからアクセスされた正準化データは
   、コード情報によって特定される閾値で２値化されて出
   力されるものである特許請求の範囲第１項記載の画像処
   理装置。