JPS63288373A - 画像処理における稜線、谷線の検出方法 - 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〕 この発明はカメラを用いた自動認識装置や自動検査装置
等の画像処理における稜線、谷線の検出方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来のこの種装置の一般論を述べたものとして、昭和５
５年４月３０日４昭晃堂発行の白井良明著、「コンピュ
ータビジミン」がある、又、後述するがこの種画像処理
手法を採用した具体的な一般システムの構成として第５
図に示すものがある。最初に前記参考文献に記載の従来
例について以下に述べる。

一般に視覚検査装置、視覚認識装置又はロボット用視党
装置等は明暗が明らかな対象にかぎられ。

いわゆる２値化法が利用されてきた。最近は明暗が不明
確な灰色のレベルまで含んだ濃淡画像を処理して必要な
画像を取出すことも可能になってきている。このような
画像処理技術において明るさが急に鹸化するのは物体の
エツジであることが多いことから、明るさの段差のある
場所を連結していってその線の形から物体の形状を認識
し、あ称を判定し又は形状の違いをみつけ又は位置を測
定するような作業が行なわれる。しかし物体の特徴を示
すのは明るさの段差だけではなく、線状に光っている明
暗状態や暗い部分が線状に連なっている状態等における
線についてもその線の形や段差にもとすく線との相対関
係で物体を特徴ずける画像処理技術が実用化されようと
している。又、文献にあるステップとは明るさの段差の
ことで、屋根とか縁効果と記されたものが本発明に関す
る、稜線、谷線にあたるものである。この言葉は明るさ
が凸の場合を稜線、凹の場合を谷線としている、さて前
述の文献ではこれらの屋根と縁効果はともに次の２次微
分を用いればよいとされている。

ＤＤ２＝（Ｂ＋Ｄ＋Ｆ＋Ｈ−４Ｅ）／４　　　　　　　
・・・（１）又は、 ＤＤ２＝　（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ＋ｌ−８Ｅ）
／８・・・（２）但し、Ａ〜工はウィンドの配置におけ
る個々の画素の明るさ、上記ＤＤ２の値が稜線であると
きには負の値となって中央で最も小さな値となり。

また谷線のときには正の値となる。

次に第５図を参照して具体的な従来例について説明する
６図において、１は認識対象物を撮影するテレビカメラ
、２は映像信号のバッファー、３はアナログ信号をデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４は画像メモリであ
り、フレームメモリ、あるいはブレーンメモリとも言わ
れ、テレビカメラ１で撮像された情報がそのまま２次元
率面のイメージとして記憶される。５は画像メモリ４に
情報を記憶するときにアドレスを発生するアドレス発生
器であり、テレビカメラ１からの同期信号９にしたがっ
て制御される。６は画像メモリ４の内容を演算するコン
ピュータである。７は画像メモリ４のアドレスを記録す
るときにデータを前記アドレス発生器５からもらうか、
読出し時にコンピュータ６からもらうかを選択する切換
スイッチ。

８はコンピュータ６からのデータバスである。

次に第５図の動作について説明する。まず、テレビカメ
ラ１から入力された映像信号はバッファー２で安定化さ
れた後Ａ／Ｄ変換器３に入力される。続いて、デジタル
化された映像信号は画像メモリ４に入力される。ここで
、画像メモリ４のアドレスは、映像信号を記録するとき
にアドレス発生器５で発生したアドレスを使うように切
換スイッチ７を（ａ）側にたおす、そして、テレビカメ
ラ１からの同期信号９はアドレス発生器５に同期指令を
与える。また１画像メモリ４は例えば６４に１５の容量
を持ち、そのアドレスは上位８ビツトと下位８ビツトで
構成され上位ビットで行アドレスを、また下位ビットで
列アドレスを指すようになっている。水平同期信号で０
にリセットされると次の水平同期信号との間に下位ビッ
トが基本クロックによりインクリメントされ、上位ビッ
トは垂直同期信号が入力されると０にリセットされ水平
同期信号でインクリメントする。

このことにより、１画面分の映像信号が画像メモリ４に
記憶される。そして１画像メモリ４に記憶された映像情
報はコンピュータ６により読出される。このとき切換ス
イッチ７は（ｂ）側にたおされコンピュータ６から画像
メモリ４に対しアドレスが伝送される。このときのデー
タはデータバス８を介してコンピュータ６に読込まれる
。

次にコンピユータ６内部での演算動作について説明する
。すなわち、演算は画像メモリ４上の各画素ごとに前述
の式にもとすいて演算する。具体的に演算を説明するた
めに、そのフローチャートを第６図に示す０次に演算内
容について説明する。

まず、プログラム全体は１６ビツト中ｉが下位８ビツト
の２５５回、又その上位８ビツトをｊとして２５５回ル
ープし全体で６４に回画像メモリ４中をサーチする。又
、ＳＴ、１０１の演算において、Ｂは明るさを意味し、
ｊは水平走査線本数を表わし、ｉは走査線上の位Ｉｆ、
すなわち左が０、右端が２５５を示す、よってＢ　（ｊ
）（ｉ）は一定の場所の明るさを示す、　　゛ ＳＴ、１０１においての演算で１つの画素（ｊ）（ｉ）
に関する演算を終了する。そして、ＳＴ。

１０２において前もって定められた閾値Ｃよりも大きい
か否かを判断し、これを越えるとＳＴ、１０３において
結果を表示する配列Ｐ［ｊｌ（ｉ）に谷線、出線の１部
であることを示す１′１”を入れる。

又越えないときはＳＴ、１０４において“０”を書込む
、ＳＴ、１０５以後は演算回数を管理する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の画像処理における稜線、谷線の検出方法は以上の
ように行われているので１例えば、第７図（ａ）に示す
ような明るさ変化を示す映像信号が走査線数本にわたっ
て存在するとき、（イ）なるタイミングと（ロ）なる電
圧の目盛で量子化（デジタル化）すると第７１　（ｂ）
のようになる。

これを前述の方式で演算すると第７図（ｃ）のように−
３というピークが得られる。しかし、同一波形であるが
タイミングがクロックの１７２だけ第８図（ａ）のよう
にずれると量子化は第８図（ｂ）のようになり演算結果
は第８図（ｃ）のように−１しか出すピークが得られな
い、このように量子化に際し半クロックずれるだけでま
ったく検出できなくなり実用的には相当の困難をともな
うという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、明暗変化の絶対量を閾値と比較することによ
って稜線、谷線の判定を行う画像処理における稜線、谷
線の検出方法を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る画像処理における稜線、谷線の検出方法
は出線は明るくなった後暗くなるところがある。又谷線
は暗くなった後で明るくなるところがあるという原則に
立っている。この暗くなる、あるいは明るくなるという
事を安定に再現性よく検出するため隣接画素との明るさ
の差分値を加算することにより行なうようにしたもので
ある。その加算値の正負、大小で明暗を判定する。

〔作用〕

この発明の画像処理における稜線、谷線の検出方法は隣
接画素との明暗の差分値を加算し、前記加算値の正負、
あるいは大小で明暗を判定する。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例をコンピュータを利用して演算す
る場合について説明する、このときの装置構成は第５図
に示した従来例と同一であるので説明を省略する。

次に第２図（Ａ）〜（Ｃ）のフローチャートを参照して
動作について説明する。最初に詳述する前に第１図の波
形について説明しておく、第１図は本発明が有効な場合
の説明図で、明暗差分値の加算値を示す、第１図（ａ）
は従来例における第７１！ｌの（ａ）に当り、これを処
理して第１図（ｂ）となる、第１図（Ｑ）は第８図（ｂ
）に相当し。

第１図（ｄ）は第１図（ｃ）の演算結果である。

この方法によれば明るい方が５重位あり、暗い方が２又
は３単位で合計７〜８となって従来例の第８図（Ｑ）と
比較した場合にも明らかに誤判定を避けることができる
ことになる。

次に動作について説明する。まず、第２図（Ａ）。

（Ｂ）、（Ｃ）は連続しており夫々ｌｙｊに関する２重
のサーチがある。すなわち、始めはＯ〜２５５まで２回
目、３回目は逆に２５５からＯに向けて演算する。なお
３回目はｊが内側でｉが外側のループである。ＳＴ、、
１２０の演算はｊｗｌの位置の明るさＢ（ｊ）（ｉ）と
−画素分列のＢ［ｊｌ（ｉ−１３との明るさの差の演算
を行ない、Ｄｙ　（ｊ）（ｉ）なる明るさの差を出して
いる。

ＳＴ、１２１はＤｙ　（ｊ）（ｉ）と１ｉｉｉ素分左の
Ｄｙ　（ｊ）（ｉ−１）との符号の違いを考えており、
異る場合にはＳＴ、１２２に行き、同じであればＳＴ、
１２３に歩進する。符号が同じであればＳＴ、１２３に
おいて以前までに加算した合計値Ｓｙ　（ｊｌ　　（ｉ
−１）に対し今回の微分値Ｄｙ（ｊｌ　　（ｉｌを加算
する。符号が異るとＳ　Ｔ、１２２において“Ｏ”リセ
ットし、その後；今回の微分値のみが加えられる。ＳＴ
、１２４からＳＴ、１２７はＳＴ、１２０からＳＴ、１
２３とまったく同一の演算をすぐ上の画素との間につい
て行っている。

ＳＴ、１２０〜１２３におけるＤ　７　ｔ　Ｓ　）’の
ｙは横方向という意味でありＳＴ、１２７のＤ　ｔ　、
　Ｓｔは縦方向という意味である。

第２図（Ｂ）においては前回とは反対に配列の２５台か
ら小さくなる方向にループが回る。

最初にＳＴ、１３０においてこれらはすべて“０”リセ
ットされる。

また、ＳＴ、１３２では横方向の加算値Ｓｙ［ｊ］（ｉ
）と前回の一画素布の加算値Ｓｙ　（ｊ）（ｉ＋１）の
符号が同一かどうかが確認され、異なればＳＴ、１３４
に歩進し、同一であればＳＴ。

１３３に行＜、ＳＴ、１３３では前回の値より今回の値
の方がより以上大きければＳＴ、１３４へ行き小さけれ
ばＳＴ、１４０へ行く、小さいということは前ループに
おいて差分値を加算していくときに順調に加算が続いた
ことが示されており、この間はほとんどの処理をスキッ
プすることである。ＳＴ、１３４に入るのは前ループで
リセットが行なわれる１つ前にあたり加算値が最も大き
くなっていることになる。ＳＴ、１３４ではこの加算値
が０１という前もって設定された閾値と比較され大きい
ときはＳＴ、、１３５に、また小さいときはＳＴ、１３
７に入る。第３図はこの動作を説明する図である。すな
わち、第３図（ａ）は明るさの変化、第３図（ｂ）はそ
の差分値の加算値である。この明るい部分において、（
イ）と（ロ）にわずかに暗い部分が表れている、このと
きには第３図（ｂ）の加算値においても加算値が上下す
る。これがＳＴ、１３４のＣ１の閾値により無視され、
大きいものだけが取上げられＳＴ、１３５に入る。

ＳＴ、１３５では今回の最大値Ｓｙ　（ｊ）［ｉ］とこ
れよりも右で前回発生した最大値５ｙｏ１ｄが比較され
る。両者の絶対値を加えたものがＣより大きく、かつ両
者の符号が逆でｔが正であることが確認され、すべてを
満足すればＳＴ、１３６に他はＳＴ、１３９に入る。両
者を加えたものが大きいことは稜線、谷線が強いことで
ある。両者の符号が逆であることは両者を掛は合せた上
で負であればよいことになる。又、符号が逆であること
は明るさが明るくなってから暗くなったか、暗くなって
から再び明るくなったかのどちらかであり、谷線、稜線
の必要条件である。その詳細な説明は後述する。これら
を満足してＳＴ、１３６に入ると、次は確認のために最
大値Ｓｙ　（ｊ）［ｉ）はＳ　ｙｏｌｄに入れられる。

又フラグとしてＦｔ＝１が立てられる、そしてＳＴ、１
４１で谷線、稜線であることを記録するためにＰ［ｊ］
（ｉ）に１が記録される。もしも、ここを通らないとき
にはＳＴ、１４０で０が記録される。ＳＴ、１４２以後
はループを管理するためにある。

次に第３図（ホ）の巾を管理するための機能について説
明する。第３図（ハ）におけるピークが終り、（ニ）の
ピークが始まるまでの一定巾の間。

すなわち（ハ）と（ニ）を対として稜線、谷線としてみ
とめるが、これを越えるとみとめないという閾値であり
、Ｔｃとしている。Ｃ１より大きい最大値を持っている
とそのときＳＴ、１３６においてフラグＦｔに１が記録
される。そして、このピークが終り次の小さいピークが
生じるとこれはＣ１より小さいことからＳＴ、１３７に
入りＦｔ＝１であることを確認し、ｔに閾値ｔｃを記憶
しＦｔにＯを入れフラグを下げるｅ　ｊｅが入れられた
ｔ鉢ループが回るごとにＳＴ、１４０で１ずつ小さくな
るが、もしも正である内にＳＴ、１３５に入るとｔ＞Ｏ
の条件で稜線、谷線と認められる。

これで、第３図（ハ）のピークが終ってＴｃ以内に（ニ
）のピークがあると稜線、谷線と認めることになる。（
ハ）のピークの直後に（ニ）のピークが生じるとＦｔは
１のままであり、ＳＴ、１３５は成立し同様に稜線、谷
線と認められる。

このループを終って第２図（Ｃ）に行く、ここではテレ
ビ画面において右下から右上に、そして最後に左上で終
るようにｉが２５５からＯまでのループの内側にｊの２
５５から０のループが入っている０以上によりタテ方向
の稜線、谷線は第２図（Ｂ）で走査線１本ごとに点とし
て発生するがそれぞれの走査線についてすべて同じ場所
に発生するので連続した走査線として面として見るとタ
テの線として稜線、谷線を見ることができる。同じく縦
方向の線は第２図（Ｃ）において作られるが、同じＰ（
ｊ）（ｉ）の配列に記録されるのでこれをＣＲＴに表示
すれば縦線、横線が面として観察できる。斜め方向の線
も同様である。

以上はコンピュータにより演算する方法について説明し
た。この演算部分を専用のＩＣを使った電子回路によっ
て構成すると演算速度は大幅に向上する。第４図に示す
一実施例は水平方向のみに関する電子回路の基本構成図
である。動作の概要を以下に説明する。すなわち、映像
信号をデジタル化した信号は８ビツトでラスタースキャ
ンと同様なタイミングで入力端子（イ）から入力される
。

２１はＤタイプフリップフロップで、クロックＣＬＫの
立上りでラッチされる。クロックＣＬＫは通常６ＭＨｚ
＜らいが使ねれる。

Ｄタイプフリップフロップ２１の出力はその入力にくら
べ１クロック分だけ遅延することになる。

２２はＡＬＵであり、例えば５Ｎ７４１８１等を使用す
る。これはａ入力とｂ入力の差が出力されるようにファ
ンクションを設定しており、ａ入力に対しｂ入力は１ク
ロツク遅延しているので、この出力は隣りの画素との差
分が出てくることになる。キャリーＣＲＹの出力はその
符号でありこれもＤタイプフリップフロップ２３で遅延
されエクスクル−シブ０Ｒ２４（ＳＮ７４８６等）で前
の差分出力の符号と新しい符号とに差があるときのみ出
力（ロ）はハイレベル“Ｈ”になる、これは次のＡＬＵ
２５のコントロールに入すハイレベルのときは入力ａが
そのまま出力される。ローレベルｔｚＬ”のときはａ入
力とｂ入力の加算された結果が出力される。ＡＬＵ２５
の出力はＤタイプフリップフロップ２６でラッチされそ
の出力はＡＬＵ２５のｂ入力として接続される。このこ
とでＡＬＵ２５が加算に設定されているかぎりａ入力は
加算されて行くが“Ｈ″入力あるとａ入力だけが出力さ
れ前述の説明にあるリセットされた結果となる。

加算された結果はＲＡＭ２７で記録される。ＲＡＭ２７
はカウンタ２８でアドレスバスが管理されておりＲＡＭ
２７は画像メモリの機能を有する。

１画面分の処理が終るとＲＡＭ２７は反対方向から読出
されて端子（ハ）から出力される。

これはフリップフロップ２９で１クロツク遅延する。そ
して、遅延前と後の最上位ビットは符号ビットの意味を
持っているがこれがエクスクル−シブＯＲ（ＥＸＣ−Ｏ
Ｒ）素子３０にて符号が比較され符号が達しなければ“
Ｈ”が出力される。

また、比較器３１　（ＳＮ７４８５等による）で遅延前
後の値が比較され、さらに、その符号が正であることが
ＡＮＤ素子３２で確認される。比較器３３は符号が負の
場合について行いＮＯＲ素子３４の出力は遅延後の値が
小さいときに１１Ｈ”になる。

すなわち、逆続出し時に加算値が小さくならないという
ことはリセットが生じたときにあたる。結局ＯＲ素子３
１の出力で加算時にリセットが生じたことを知る。

第３図（ハ）の出力に対し絶対値作製回路３６を通った
加算値は比較器３７で０１の閾値と比較されＣ１より大
きいとＡＮＤ素子３８によりリセットがあった信号とＡ
ＮＤが取られ、この加算値が最高値でありラッチしてお
くべき信号であることを知る。Ｄフリップフロップ３９
でタイミングが合わされた後Ｄフリップフロップ４０に
より最高値がラッチされる。

このタイミングにおいて前回のリセットが行なわれたと
きの最高値がＤフリップフロップ４０の出力側に保持さ
れているためＡＬＵ４１においてはその差が演算される
。なお、明るくなったものと暗くなったときのそれぞれ
の差が正負で生じているので、ここでは引算を行えばそ
の合計量が得られる。比較器４２ではＣなる閾値と比較
されＣより大きいことが確認される。なお、この比較器
４２は入力の正負に対し絶対値として比較されるものと
する。

Ｄフリップフロップ４０にデータを読込まれたタイミン
グでＤフリップフロップ４３が動作しＱから出力し、そ
のままＡＮＤ素子４４からＡＮＤ素子４５の入力が“Ｈ
”となると、このときにはＤフリップフロップ３９の出
力もｔｉ　Ｈｎであり、このとき比較器４２が動作すれ
ば出力Ｃがある。

これは右の加算値によるピークが終了すると同時にこの
加算値のピークが始まったことになる０次に右のピーク
の終了後に第３図のように小さい凹凸があった後で大き
なピークが発生したときの説明を行う。Ｄフリップフロ
ップ４３が動作した後でリセットが行なわれるがＣ１に
達しない小さいときには、ＡＮＤ素子３８は動作しない
がＯＲ素子３５は動作している。そしてＤフリップフロ
ップ４３は“Ｈ”になっているので、Ｄフリップフロッ
プ４６でタイミングを調整した後ＡＮＤ素子４７が動作
して出力がある。そして１反転した後にＤフリップフロ
ップ４３のＲリセット端子にリセットが加えられリセッ
トされる。このタイミングで３ステートバツフアー４８
がローインピーダンスとなりＤフリップフロップ４９の
出力はハイインピーダンスとなるためにＡＬＵ５０には
閾値Ｔｃが読込まれる。ＡＬＵ５０では１が減算されＤ
フリップフロップ４９にラッチされる。そしてクロック
のたびに１ずつ減算される。これの符号ビットが反転さ
れてＯＲ素子４４に加えられるので、Ｔｃが読込まれ一
定の距離内であり、かつ正の区間である時に限り次の大
きな加算値のピークが来ると出力となる。

尚、上述の説明、及び当初のコンピュータプログラムで
はゼロリセットを発生させるタイミングを差分値の符号
が変化したときに行なうようにしたが、差分値の符号が
変化した上で逆の符号で一定以上の値にならなければリ
セットしないとか。

符号が変化しない場合でも差分値が一定の値、例えば０
に近すいたらリセットするなど画像の内容によって自由
選定するようにしてもよい。又、より微妙な調整をする
ためには前回の差分値と加えて平均値を使って小数点以
下の閾値の設定をするようにしてもよい。

また、前述までの説明では映像入力信号から明度信号の
みを取出して画像処理を行うように説明したが、これは
白黒画像情報を利用して説明したものであり、カラー信
号におけるＲ、Ｇ、Ｂ信号やＹ、Ｃ信号などカラー情報
に関するものなど隣接画素との差分が取れるものなら本
発明の方式を利用できる。又、差分値が加算されるもの
であればそれらを複合させて利用しても上記実施例と同
様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば明から暗に、また暗から
明に変化した明暗変化の絶対量を閾値と比較して稜線、
谷線の判定を行うようにしたので。

絶対量は画像入力手段からくる雑音等よりはるかに大き
く雑音に影響されない鮮明な稜線、谷線を得ることがで
きる効果がある・

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明が一実施例による明暗処
理の有効な場合の説明図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は本発
明の一実施例をコンピュータで実行するときのフローチ
ャート、第３図（ａ）。 （ｂ）は第２図の動作を説明するための説明図、第４図
は第５図のハード構成におけるコンピュータ処理を電子
回路により構成した一実施例を示す構成図、第５図は従
来例及び本発明の一実施例による稜線、谷線の検出ソフ
トウェアを搭載する画像処理の全体構成図、第６図は従
来の稜線、谷線検出方法の処理順序を示すフローチャー
ト、第７図（ａ）〜（Ｑ）は従来の動作例における明暗
処理の説明図、第８図は従来例における不合点を第７図
と比較した説明図である。 図において、１はテレビカメラ、２はバッファ、３はＡ
／Ｄ変換器、４は画像メモリ、５はアドレス発生器、６
はコンピュータである。 テレぜ−１配置１胃ζクリ くヒ一一一一 手続補正書（自発） ＢｉＨ＠Ｉ　６侮１１・２！８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. テレビカメラ等の画像入力装置から映像情報を取込み、
   Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して画像処理を行う
   画像処理における稜線、谷線の検出方法において、前記
   テレビカメラから得た画像信号をＡ／Ｄ変換し、前記Ａ
   ／Ｄ変換信号のうち明暗によって出力信号の異る隣接画
   素との差分値が予め決定された閾値より大きい値である
   限り加算を繰り返えし、前記閾値より小さくなったり、
   又は符号の正負が変化した時に該加算値をリセットし、
   前記加算値の最高値を用いて決定した画素を稜線、谷線
   の構成部分と判定するようにしたことを特徴とする画像
   処理における稜線、谷線の検出方法。