JPS63146173A - ２値化しきい値決定方式 - 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） 本発明は文字等の２値図形を含む多値画像を２１１１画
儂に変換する２値化しきい値決定方式に関し、特に局所
的２穐化における２値化しきい値決定方式に関する。

（従来の技術） 手書きや印字された文字を読取る文字認識装置の利用範
囲の一つとして、近年状々の身近かＫある多くの文書や
郵便物等の文字を読取ることが必要となって来た。文字
認識装置等のように、２値図形を対象とする場合忙は処
理量等の観点からス中ヤナーなどの画像入力装置により
多値画像として取り込まれると、２値化回路などを用い
て２１直画像に変換されるのが一般的である。２１１ｉ
化処理では、入力画像の＃度値を白黒の２値に量子化す
るために、２値化のしきい値の決定が直要である。

２値化しきい値を決める方法として、予め経験的にしき
い値を固定的に決める方法は、最も簡単である。しかし
、六方対象や画像入力装置の性能寺によって入力条件が
変化することが多いため、入力ｔｉｌｌ像あるいは入力
画像の部分領域に応じてしきい値を決めることが必要と
なる。その方法として、２値化したい画素近傍内の平均
濃度をしきい値とするものなどがあるが、単純な平均込
度埴のみでは、文字寺の対象物を含まない場合や対象物
と背景との画素の割合によって２値化しきい値が不安定
となることがある。

このほか対象物の面積が予め既知の場合に用いられるＰ
タイル法や、電子通信学会論文誌ＶＯＬ。

６３−Ｄ、ＮＯ，４２，ＰＰ３４９〜３５６　「判別お
よび最小２乗規準に基づく自動しきい値選定法」に示さ
れているように、濃度ヒストグラムが背景と文字等の対
象物とによる双峰性分布になるとして判別分析の規準を
用いて２値化しきい値を決める方式がある。しかしなが
ら、郵便物や一般文書ても画像内に存在する対象物の濃
度が一様でない場合や種々の紙質の背景が利用される場
合が存在するため、２埴化しきい値を局所的に決める必
要が生じる。この場合、電子通信学会、（パターン認識
と学習）研究会資料ＰＲ，Ｌ８５−７３「情景画像中か
らの文字抽出法の検討」に示されているように、局所領
域毎に既存の２値化しきい決定法により得られた２値化
しきい値を各局所領域間で線形補間を行う方式が提案さ
れ℃いるが、各局所領域で得られた２値化しきい値は、
例えば背景のみの局所領域では意味がなく不安定である
ため、局所領域の２１１に化しきい値を用いた線形補間
では雑音が生じたりして十分な精度が得られない。また
、線形補間を用いると、例えは文字などのような対象物
と背景との境界領域がぼけることもある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、局所的２値化方式を用いて従来の問題
点を解決すべく、局所領域毎に得られた２値化しきい値
によって分類された局所的な背景と対象との性鉋を表わ
す２つの平均濃度値等の１次モーメント特徴（統計）貢
を基にして、各局所領域の性質を分類し、近傍局所領域
の性質や１次モーメント％微量も含めて、適応的に２値
化しきい値を決定することによって、処理量Ｓｔを増や
すことなく、しかも安定に局所的２値化ができる２匝化
方式を提供することにある。

（問題点を解決するための中段） 本発明の第１の発明は、多直入力画像上の局所類域内の
′？！ｒ画素の濃度値を背景及び対象を示す２つのクク
スに分類し、前記局所′＠城の平均濃度値と各クラス毎
の平均＠斐値とその画素数とを前記局所領域の特徴値と
して抽出する手段と、前記時、徴値に従って前記局所領
域を単峰性または双峰性に分類する手段と、前記局所領
域の近傍局所領域を含む複数個の局所領域から双峰性局
所領域群を選択し、前記双峰性局所領域群の複数個の前
記特徴値に従って背景平均濃度値及び対象平均磯に値を
算出し、前記局所領域の２値化しきい値を決定する手段
と、前記複数個の局所領域が予め設定された個数以上の
前記双峰性局所領域を含まないとき既に決定された前記
１つないし複数個の局所領域の２値化しきい値あるいは
予め設定されたしきい値を前記局所領域の２値化しきい
値とする手段とを備えて構成される。

本発明の第２の発明は、多値入力画像上の局所領域内の
各画素の濃度値を背景及び対象を示す２つのクラスに分
類し、前記局所領域の平均濃度値と各クラス毎の平均濃
度値と画素数とを前記局所領域の特徴値として抽出する
手段と、前記特徴値に従って前記局所領域を単峰性また
は双峰性に分類する手段と、前記局所領域の近傍局所領
域を含む複数個の局所領域から双峰性局所領域群を選択
し、前記双峰性局所領域群の複数個の前記特徴値に従っ
て算出した背景平均濃度値及び対象平均濃度値を暴圧し
てしきい値を算出する手段と、前記複数個の局所領域か
ら単峰性局所領域群を選択し、前記単峰性局所領域の平
均６度値を前記しきい値に従って背景又は対象に属する
か否かを判定し、複数個の前記単峰性局所領域の平均濃
度値も含めて、ＡｔＩ記背景平均濃度値及び対象平均濃
度値を修正する手段と、前記背景平均濃度値及び対象平
均濃度値から前記局所領域の２値化しきい値を決定する
手段と、前記複数個の局所領域が予め設定された個数以
上の前記双峰性局所領域を含まないとき既に決定された
前記１つないし複数個の２値化しきい値あるいは予め設
定されたしきい値を前記局所領域の２値化しきい値とす
る手段とを備えて構成される。

（作用） 本発明において、局所領域母に侍られた背景と対象との
性質を表わす２つの平均Ｓ：度値等の１次モーメント特
徴甫に従って局所領域の性質を調べる。次に、近傍局所
領域も含めた領域の性質を各局所領域の性質を用いて調
べ、近傍局所領域も含めた領域の性質に従って、各局所
領域等の１次モーメン）％微量から適応的に局所領域毎
の２値化しきい値を決定することによって、簡単にしか
も積度良く安定に多値画像を２値画像に変換することが
できる。

（実施例） 以下、本発明における具体的実施例について図面を参照
しつつ説明する０第１図は、多値画像イメージに対する
局所領域を２値化した場合の特徴の一例を示した図表で
ある。

第１図（ａ）において、図中３つの矩形で示した局所領
域ｘ、ｙ−ｚは、それぞれ対象と背景が混在する領域（
例えば文字部など）・対象領域−背景領域を示す。第１
図（ｂｌは第１図（ａ）に示した局所領域Ｘのｍ度分布
（横軸は澁度値、縦軸は画素数で表わしたｆｊ４度を示
す）である。同様に第１図（Ｃ）は第１図ｔａ）に示し
たｗＩＦｆｒ領域Ｙの＠波分布、第１図（ｄ）は第１図
ｔａ）Ｉｃ示した局所領域２の＃度分布を示している。

第１図（ｂ）〜［ｄ）で示した局所領域の濃度分布を図
中斜線で示した対象と斜緋のない背景とに分類する方法
は、使米の２イ直化刀式を用いてしざい値ＳＬを決める
ことができる。

その結果、局所領域の、爵微量として局所領域の全平均
濃度値μ丁と全画素数８丁、及び対象を示す領域（以下
対象クラスと呼ぶ）の平均羨度値μ！とその画素数Ｎｌ
　、及び背景を示す領域（以下背景クラスと呼ぶ）の平
均濃度値μ０とその画素数Ｎｏが抽出される。ここで、
全画素数Ｎｔは対象クラス画素数Ｎ１と背景クラスＮＯ
の和として表現できる。なお、前述した局所領域のを微
量は、−次七一メントまでの計算で済むため、ｄ易に計
算できる。

局所１ａ域＠ＫＬきい値を決めて多値画像を２値画像に
変換する場合、例えば、第１図（ａ）で示したように、
背景のみからなる局所領域Ｚや対象のみからなる局所領
域Ｙがしきい値ＳＬによって２つに分けられ、背景に雑
音が生じたり対電がかすれたりすることになる。また、
局所領域間でしきい値が極端に異なると、疑似的な境界
線が生じることにもあシ、局所領域間で何らかの平滑化
処理も必賛となる。

そこで本発明における局所２値化力法では、局所領域毎
に抽出された２値化しきい値の代わりに、局所領域毎に
得られる対象クラス及び背景クラスの平均濃度値を基に
処理を行い、局所領域毎に単峰性（第１図（Ｃ）及び第
１品ｔｄ）のような場合）か双峰性（第１図（８）のよ
うな場合）に分類し、局所領域毎の２値化しきい値の決
定は近傍局所領域の特徴も含めて決定することにより前
述した問題点の解決をはかるようにしている。また１局
所領域の近傍領域も含めても２値化しきい値決定が困難
な場合には、既に抽出されたｚ値化しきい値や予め設定
されたしきい値を利用することができる。

第２図は本発明における局所的２値化しきい値決定方式
の原理を説明した図表である。第２図（ａ）において、
局所領域１シの２値化しきい値を決めるために３×３の
近傍局所領域Ａ〜■の特徴蓋を用いる。各局所領域ｉの
峙做鉦として、全平均濃度値μＴｌ１）（但し、ｉは局
所領域名Ａ〜■を示す）・対象クラス平均濃度μＫ（ｉ
）・背景クラス平均製置μｏ　（ｉ）、及びそれぞれの
画素数Ｎｉ１ｉ）（−Ｎ帽）＋Ｎｔｔｉ））＊　Ｎｌ　
（ｉ）　拳Ｎｏ　（ｉ）が従来技術により得られる。な
お、以下の説明では、３Ｘ３の近傍領域を考えるが特に
これに固定するものではない。

最初に、各局所領域ｉは、単峰性（記号Ｓで示す）か双
峰性（記号すで下す）であるかを分類する。分類する簡
単な一刀法として、例えば各局所領域ｉの対象クラス平
均濃度μｔ（ｉ）と背景クラス平均濃度μ０（ｉ）との
差μｌ　（ｉ）−ａｏ（ｉ）を求め、予め定めたしきい
値より大きいか否かによって単峰性又は双峰性に分類す
ることができる。ま声、分散値を用いて評価することも
できる。この結果、各局所領域Ａ〜工が第２図（ａ）に
示すように単峰性Ｓ及び双峰性すの如く分類され　　　
る。次に、第２図（ｂ）に示す如く双峰性すとなる局所
領域Ａ・Ｄ・Ｇ−Ｈが選択され、４個の対象クラス平均
濃度値とその画素数及び４個の背景クラス平均濃度値と
その画素数から２値化しきい値を決定する。

即ち、第２図（Ｃ）で示すように、双峰性すとなる４個
の局所領域の背景クラス平均濃度櫃４０　ｆｂ）は次式
で表わされる。

、ａｏ（ｂ）＝（ΣＮｕ（ｂ）すｏ（ｂ））・〔ぞＮｏ
（ｂ）〕’ただし 上述の平均濃度値、ｇｏ（ｂ）と４個の局所領域の対象
クラス平均濃度値ｕｔ［ｂ）とを算出し、それらの平均
をもって２値化しきい値ＳＬは次式のように決定される
。

５Ｌ＝（１／２）（ａｏ（ｂ）十μ１ｌｂ））そこで第
１の発明の一実施例では上述した２値化しきい値ＳＬを
局所領域Ｅの２値化しきい値として用いることにより英
現される。ここで第１図ｔｌ）において、局所領域Ｅの
近傍局所領域を含めて双峰性局所狽城が存在しない場合
には、既に決定された局所領域の２１１化しきい値を利
用する。簡単な方法として、予め設定されたしきい値や
２値化しきい値が決定したら、以前に決まった２値化し
きい値を更新し、それ以降の局所領域のしきい値決定に
利用する。また、既に抽出された２値化しきい値をすべ
て残して置き、２値化しきい値を決めるべき領域に近い
１個ないし複数個の２値化しきい値を用いることもでき
る。

なお、局所領域Ｅの近傍局所領域を含めてすべて単峰性
局所領域の場曾だけでなく、双峰性電域、　凄し かフイ１場合に対しても既に抽出された２値化しきい値
を用いることもできる。

次に、第２の発明における一実施例について、しきい値
ＳＬを第２図（ａ）で示した単峰性局所領域Ｂ、Ｃ＠Ｅ
＠Ｆ・工を用いて２１直化しきい値ＳＬを修正し、更Ｗ
Ｔされた局所領域Ｅの２値化しきい値ＳＬ六が第２Ｍ例
によって決めることができる。

即ち、第２図（ｄ）で示す如く２値化しきいｌ１ｌｉＳ
Ｌと５個の単峰性向所領域の全平均ｆ！に匿値μＴ（匂
・μＴＦＱ・μＴ（Ｅ）・μＴｉＦｌ・μＴ（Ｉ）とを
それぞれ比較し、２値化しきい値ＳＬよりも大きければ
その単峰性局所領域は対象クラス（図中記号１）に分類
され、２値化しきい値ＳＬよりも小さければその堆蜂性
句所領域を背景クラス（図中記号０）に分類される。次
釦、背景クラスと判断された複数個の局所領域全平均熟
度と画素数に対する積和（第２図ｆｄ）に対して、％Ｎ
ｔ（ｇｏ）　リｒ　（８０）は、ＮＴ（Ｂ）　−Ａ’ｒ
（Ｂ）＋ＮＴ（Ｃ）＊ｐＴ（Ｃ）十Ｎ１°（１・μＴ（
ｈ）＋Ｎｒ（Ｆ）・ＡＴ（Ｆ）であり、ΣＮ１５ｏ）Ｇ
ｔＮＴ！（ロ）＋ＮＴ（Ｃ１＋ＮＴｊ匂＋ＮＴ（Ｆｍで
ある。）計算を行い、＠２図ｔｃ）で説明した双峰性局
所領域のみに対する背景クラスに対する積和値に加算す
ることＫよって、背景クラス平均濃度値Ｉを算出する。

同様にして、対象クラス平均濃度値「を算出する。この
２つの平均ａ度値μ０・μｌかも局所領域ＥＫおける２
値化しきい値ＳＬ”＝（１／２）にＪ十二）が決められ
る。

なお、局所領域Ｅ及びその近傍局所領域がすべて単峰性
もしくはそれに準する場合には、第１の発明の一実施例
を利用することができる。

＠３図は第１の発明の一実施例の構成を示す論理プロ、
り図である。

局所２値化特徴抽出部】は、多値入力画像から局所領域
のｌｌｌＩＩＸ分布を求め、濃度分布上でしきい値を決
めることによって、第１図で説明したように１各局所領
域毎に全平均濃疲値・背景クラス平均濃度値・対象クラ
ス平均濃度値及びそれらの画素数（以下、総称して特徴
値と呼ぶ）が抽出されて出力され％局所領域判定部２に
順次転送される。

なお、局所２値化特徴抽出部１は公知の技術を用いるこ
とができる。局所領域判定部２は、局所領域の対象クラ
ス平均濃度値と背景クラス平均濃度値の差をしきい値に
より、その局所領域を単峰性かあるいは双峰性かに分類
し、その分類の判定結果を％微値と共く局所特徴記憶部
３に順次配ｔ１する。双峰性領域数４は、局所％微記憶
部３かも２値化すべき局所領域及び複数個゛の近傍局所
領域を読み出し、ＩＩ数側の局所領域のうち、双峰性に
分類された局所領域のみ、双峰性クラス特徴算出部７へ
転送すると共に、双峰性に分類された局所領域の個数を
レジスタ５に記憶する。

双峰性クラス特徴算出部７は、図２（ｃ）で示したよう
に入力された複数個の双峰性局所領域の背景クラス平均
濃度値μｏ　（ｂ）・対象クラス平均濃度値μｍ（ｂ）
及びそれらの画素数Ｎ０（ｂ）とＮｘ（ｂ）を用いて、
第２図中（Ｃ）で示す双峰性局所領域の背景クラスの積
和値ΣＮｏ（ｂ）　＊　μｏｉｂ）及びΣＮｏ（ｂ）　
（但しΣは入ｂ　　　　　　　　　　　　　　　ｂ　　
　　　　　　　　　ｂ力された複数個の双峰性局所領域
に対する合計和）双峰性局所領域の対象クラスの積和値
ΣＮ　ｔ　（ｂ）・μｌ（ｂ）及びΣＮ　ｔ　（ｂ）を
それぞれ算出し、双綿注背景す 特徴記ｔδ部９及びム舷性対象％截記憶部８に格納する
。しきい値算出部１０は第２図（Ｃ）で示したように、
双薩件背景物徴記慎部９と双峰性対象ｆＦ叡記ｔ１１部
８とからそれぞわの積和値ｄｉみ出し、２値化しきい値
ＳＬｔ！：算出ゴると次のよう（なる。

５Ｌ＝（］／２）（μ０（ｂ）十μｍ（均）ただし ここで算出された２値化しぎい値ＳＬは、２値化しきい
値記憶部１１に転送きれる。以上述べた内容が局所領域
の２値化しきい値を決定する手段となる。なお、ここで
局所２値化待償刑出部】Ｋ人力した多値入力画像を２値
化しきい値記憶部１１に転送された２値化しきい値によ
って２値画像に変換している。

一方、レジスタ５に記憶された双峰性領域数が２値化し
きい値選択部６に転送されると、２値化しきい値選択部
６は双峰性領域数が予め定められた値以下であれば、前
述したようにして算出した２値化しきい値を用いず、２
値化しきい値記憶部１１から既に抽出された局所領域に
よシ決定された２＋６化、しきい値を選択し、現在、２
値化すべき局所領域の２値化しきい値として決定し、所
定の２値化記憶部１１に格納する。

また、２値化しきい［選択部６では、既に抽出された２
値化しきい値を選択する代わり罠、あらかじめ設定され
た２１Ｆｉ、化しきい値を選択することも可能である。

第４図は、第２の発明の一実伽例の構成を示すブロック
図である。

第１の発明の−の実施例が、双森性を示す局所領域のみ
から２値化しきい１鷹を決定するのに対し。

第２の発明の一実施例では第２図（ｄ）・（Ｃ）で示し
たように双峰性を示す局所領域をベースにして、更に単
峰性領域の特徴量も利用して２値化しきい値を決める点
が異なる。すなわち、第４図において、局所２値化特徴
抽出部１０局所領域判定部２９局所時微記憶部３．双峰
性選択部４．レジスタ５゜２＃Ｌ化しきい値選択部６．
双峰性クラス特徴算出部７．双峰性対象特徴記憶部８．
双峰性対象特徴記憶部９．しきいａ算出部１０．２値化
しきい値記憶部】１の各機能は、第３図で示した第１の
発明の一実施例と同様である。

そこで、しきい１直算出部１０によって、第３図で説明
したよ５に、双峰性局所領域のみから得られた２値化し
きい値は、しきい値記憶部２２に格納される。

次に、単峰性選択部２１は第２図（ｄ）で示したように
、２値化すべき局所領域の近傍局所領域のうち単一性を
示す局所領域を選択し、背景対象判定部ｚ３へ単峰性を
示す局所領域の全平均濃度値及び画素数を転送する。背
景対象判定部２３は、しきい値記憶部２２に格納された
しきい値と前記局所領域の全平均濃度値と比較し、単峰
性となった局所領域が背景を示すかあるいは対象を示す
かを分類し、背景であれば、単峰性時機算出部２４へ。

対象であれば単峰性対象特徴算出部２５へ、全平均濃度
値及び画素数を転送する。単峰性背景特徴算出部２４及
び単峰性対象特徴算出部２５は、同一な機能を有してお
り、共に入力された全平均濃度値の横和値（例えば、第
２図＋６）に示したΣＮＴ（ｓｏ）Ｏ ・μ丁（３０）及びΣＮ？（８０）であり、ｓｏは単峰
Ｏ 性で背景を示す局所領域を示す）をそれぞれ背景平均ｌ
Ｐ１度算比算出部及び対象平均濃度算出部２７へ転送す
る。

また、背景平均濃度算出部２６は、第３図で示した双峰
性対象特徴記憶部２６及び単峰性背景算出部２４の出力
値を用いて、第２図ｔｅ＋で示した背景平均濃度値Ｉを
算出する。同様に、対象平均濃度算出部２７は、双峰性
対象特徴記憶部２６及び単峰性対象算出部２５の出力値
を用いて、第２図（ｅ）で示した背景平均濃度恒温を算
出する。以上のような方法で背景平均濃度値および対象
平均濃度値を修正する。

最後に、第４図で示した２値化しきい値算出部２８はし
きい値算出部１０と同一構造であって、２値化しきい値
算出部２８へ背景平均濃度算出部２６及び対象平均濃度
算出部２７の出力値が転送され、ここで局所領域の２値
化しきい値が決定される。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明で示した局所的２値化しき
い値決定方式を適用することＫよって、画像内の対象物
の濃度が一様でない場合も局所領域の一次モーメントの
みを使うためく、積和計算のみの回路のみを使用すれば
よいので処理量が減少し、しかも安定に２値化しきい値
を決定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は多値画像に対する局所領域を２値化した場合の
特徴の一例を示した図表、第２図は本発明における１４
所的２値化しさい懺次定方式の原理を説明した図表、第
３図は本発明の第１の実施例の構成を示すプロ、り図、
菓４図は不発明の第２の冥施例の構成を示すプロ、り図
。 ｌは局所２値化特徴抽出部、２は局所領域判定部、３は
“局所特徴記憶部、４は双峰注選択部、５はレジスタ、
６は２値化しきい値選択部、７は双峰性クラス特徴算出
部、８は双峰性対＠！特徴記憶部、９は双峰性背ｔ％微
記憶部、１０はしきい値算出部、１】は２値化しきい値
記市部、２１は単峰性選択部、２２はしきい社記憶部、
２３は背景対象判定部、２４は単峰性背景特徴算出部、
２５は４Ｌ味性相ｌ象田部、２６は背景平均濃度算出部
、２７は対象平均斜度算出部、２８は２値化しきい値算
出部。 −′１、 Ｎｏ　　Ｎｒ　　Ｎｔ　　　　　　Ｎｏ　Ｎｒ　／Ｖ／
　ＮａＮｒＮＩｆｉｔ　　回 箭３回

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多値入力画像上の局所領域内の各画素の濃度値を
   背景及び対象を示す２つのクラスに分類し、前記局所領
   域の平均濃度値と各クラス毎の平均濃度値とその画素数
   とを前記局所領域の特徴値として抽出する手段と、前記
   特徴値に従って前記局所領域を単峰性または双峰性に分
   類する手段と、前記局所領域の近傍局所領域を含む複数
   個の局所領域から双峰性局所領域群を選択し、前記双峰
   性局所領域群の複数個の前記特徴値に従って背景平均濃
   度値及び対象平均濃度値を算出し、前記局所領域の２値
   化しきい値を決定する手段と、前記複数個の局所領域が
   予め設定された個数以上の前記双峰性局所領域を含まな
   いとき既に決定された前記１つないし複数個の局所領域
   の２値化しきい値あるいは予め設定されたしきい値を前
   記局所領域の２値化しきい値とする手段とを有すること
   を特徴とする２値化しきい値決定方式。
2. （２）多値入力画像上の局所領域内の各画素の濃度値を
   背景及び対象を示す２つのクラスに分類し、前記局所領
   域の平均濃度値と各クラス毎の平均濃度値と画素数とを
   前記局所領域の特徴値として抽出する手段と、前記特徴
   値に従って前記局所領域を単峰性または双峰性に分類す
   る手段と、前記局所領域の近傍局所領域を含む複数個の
   局所領域から双峰性局所領域群を選択し、前記双峰性局
   所領域群の複数個の前記特徴値に従って算出した背景平
   均濃度値及び対象平均濃度値を基にしてしきい値を算出
   する手段と、前記複数個の局所領域から単峰性局所領域
   群を選択し、前記単峰性局所領域の平均濃度値を前記し
   きい値に従って背景又は対象に属するか否かを判定し、
   複数個の前記単峰性局所領域の平均濃度値も含めて、前
   記背景平均濃度値及び対象平均濃度値を修正する手段と
   、前記背景平均濃度値及び対象平均濃度値から前記局所
   領域の２値化しきい値を決定する手段と、前記複数個の
   局所領域が予め設定された個数以上の前記双峰性局所領
   域を含まないとき既に決定された前記１つないし複数個
   の２値化しきい値あるいは予め設定されたしきい値を前
   記局所領域の２値化しきい値とする手段とを有すること
   を特徴とする２値化しきい値決定方式。