KR20000051928A

KR20000051928A - 이진 영상에서 외부 경계선 추출 방법

Info

Publication number: KR20000051928A
Application number: KR1019990002643A
Authority: KR
Inventors: 이필규; 라채우
Original assignee: 학교법인 인하학원
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-16
Also published as: KR100295243B1

Abstract

본 발명은 영상 분석을 기반으로 하는 시스템에서 이진 영상으로부터 인식하고자 하는 대상의 외부 경계선을 획득할 수 있도록 한 이진 영상에서 외부 경계선 추출 방법에 관한 것으로서, 이진 영상 내 물체의 영역을 구성하는 화소 탐색을 위한 방향을 8-방향으로 설정하고, 화소 탐색 시작점을 고정시키는 것이 아니라 소정 조건을 이용하여 가변 설정하여 경계선을 추출하는 것을 특징으로 하여, 화소 탐색시 고려되는 화소와의 비교 연산수가 적으므로 처리 속도의 향상을 가져올 수 있고 인식 대상의 경계선 정보를 정확히 표현 추출할 수 있으며, 인식 대상의 영역화에 적용할 경우에 필요로 하는 경계선 정보 저장 공간의 효율을 높일 수 있는 것이다.

Description

이진 영상에서 외부 경계선 추출 방법{A method for extracting external boundaries from binary image}

본 발명은 이진 영상(binary image)에서 외부 경계선 추출 방법에 관한 것으로서, 특히 영상 분석을 기반으로 하는 시스템에서 이진 영상으로부터 인식하고자 하는 대상의 외부 경계선을 신속하고 정확하게 획득할 수 있도록 한 이진 영상에서 외부 경계선 추출 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 영상 분석을 기반으로 한 인식 시스템 및 정보 시스템 등에서는 인식 대상 영상에서 경계선을 추출하는 방법을 이용하고 있다. 경계선은 2차원 좌표계 또는 방향 코드로 표현되며, 인식하고자 하는 대상에 따라 서로 다른 형태를 갖는다. 또한 영상의 크기에 따라 영상 내에 존재하는 인식 대상의 크기도 변하게 되므로 경계 정보의 정확성, 경계 정보 저장 공간의 효율 및 빠른 처리 속도가 요구되며, 이는 시스템의 신뢰성 및 성능을 좌우하는 척도가 된다.

한편, 종래의 일반적인 경계선을 추출하는 방법으로는 레이블링(labeling) 방법을 사용한다. 이 방법은 인접한 화소들에 대해서 레이블을 부여하고 서로 분리된 화소들에 대해서는 다른 레이블을 부여함으로써 영역을 분리하여 경계선 정보를 획득한다. 이 방법은 영상 내 모든 물체 영역을 검사하여야 하며 검사한 화소를 모두 저장하여야 한다.

종래의 경계선 추출 방법은 4-방향을 이용하여 경계선을 획득하는 방식을 사용하였으나, 이 방법은 영상 내 물체의 경계선 정보를 정확히 표현하지 못한다는 단점과 획득된 경계선 정보의 중복으로 인해 중복점들을 제거해야하는 부가적인 연산이 필요한 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 시작 화소에서부터 물체의 경계를 따라 외부 경계선을 획득하여 획득된 경계선 정보의 중복을 피할 수 있으며, 외부 경계선만을 획득하므로 영상 내에 물체에 속하는 모든 화소 정보를 저장할 필요가 없으며, 아울러 보다 신속 정확하고 저장 공간이 적게 필요한 이진 영상에서 외부 경계선 추출 방법을 제공하는데 있다.

도 1a는 화소 탐색창을 나타내는 도면.

도 1b는 본 발명에서 이용하는 8-방향 코드를 나타내는 도면.

도 2a는 본 발명에 따른 화소 탐색 시작 방향을 나타내는 도면.

도 2b는 본 발명에 따른 탐색 검색표를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 이진 영상에서 외부 경계선 추출 과정을 도시한 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 이진 영상에서 외부 경계선 추출 과정에 의해 경계선 화소를 탐색하는 과정을 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 탐색 시작 방향 SP1 101 : 탐색 시작 방향 SP2

102 : 탐색 시작 방향 SP3 103 : 탐색 시작 방향 SP4

200 : 화소와 탐색 방향이 일치되는 방향

201 : 화소와 일치될 경우의 탐색 시작 방향

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이진 영상에서 외부 경계선 추출 방법은, 이진 영상의 외부 경계선을 추출하는 방법에 있어서, 인가되는 이진 영상의 화소를 3×3 블록으로 구분하여 블록내의 중앙 화소를 중심으로 8개의 탐색 방향에 각각 인접한 화소를 순차적으로 탐색하되, 탐색 시작점을 북방향 또는 동방향 또는 남방향 또는 서방향 인접 화소중에서 택일하여 초기화하고 탐색 시작점부터 시계 방향으로 탐색 시작하는 제 1 단계와, 탐색 결과 탐색 화소가 외부 경계선에 해당되면 그 화소에 대한 위치 정보를 저장하고, 그 화소의 탐색 방향이 북방향 또는 북동방향이었으면 탐색 시작점을 서방향으로 초기화하고, 탐색 방향이 동방향 또는 남동방향이었으면 탐색 시작점을 북방향으로 초기화하고, 탐색 방향이 남방향 또는 남서방향이었으면 탐색 시작점을 동방향으로 초기화하고, 탐색 방향이 서방향 또는 북서방향이었으면 탐색 시작점을 남방향으로 초기화하고 그 화소를 중앙 화소로하여 다시 인접한 3×3 블록내의 화소들을 탐색 시작점부터 시계 방향으로 순차적으로 탐색하는 제 2 단계와, 최초 시작 중앙 화소가 다시 중앙 화소가 될 때까지 상기 제 2 단계를 반복하여 수행하고, 최초 시작 중앙 화소가 다시 중앙 화소로 되면 외부 경계선 추출 탐색을 종료하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 이진 영상에서 경계선 추출 방법을 다음과 같이 정의한다.

1) 여덟 개의 탐색 방향을 가지며, 탐색 시작하는 중앙 화소를 중심으로 상방향 화소부터 북방향, 북동방향, 동방향, 남동방향, 남방향, 남서방향, 서방향, 북서방향으로 0에서 7까지 탐색 방향 코드를 부여한다.

2) 네 개의 탐색 시작점을 갖는다. 탐색 시작점은 100(SP1 : 북방향), 101(SP2 : 동방향), 102(SP3 : 남방향), 103(SP4 : 서방향)으로 정의한다.

3) 탐색 순서는 탐색 시작점부터 탐색 방향 코드값을 기준으로 오름차순으로 즉, 시계 방향으로 진행한다.

4) 최초 탐색 방향은 100으로 정의하며, 다른 세 개의 탐색 시작점 방향으로 정의할 수도 있다.

5) 탐색 결과는 방향 코드(0∼7) 또는 3비트 방향 코드 또는 2차원 좌표로 표현된다.

도시 생략된 카메라를 통하여 촬영되거나 다른 입력 장치로 입력되는 이진 영상을 본 발명에 따른 경계선 추출 방법을 이용하여 화소 탐색을 하는 경우에, 도 1a에 도시한 바와 같이 3×3 블록을 갖는 화소 탐색창을 이용하여 외부 경계선에 해당하는 화소를 탐색하게 되는데, 도 1b의 방향 코드에 나타낸 바와 같이 중심 화소(P)를 중심으로 인접한 여덟 개의 화소를 부여한 방향 코드값(0∼7)의 오름차순 방향으로 즉, 중심 화소(P)의 북방향 화소부터 시계 방향으로 순차적으로 탐색하게 된다.

도 2a는 탐색 시작 방향을 보여주며, 도 2b는 탐색 검색표를 나타낸다.

본 발명에서 탐색 시작 방향은 네 개의 방향(100,101,102,103)으로 구분 설정할 수 있으며, 200은 화소와 탐색 방향이 일치되는 방향이며, 201은 화소와 일치될 경우의 탐색 시작 방향을 나타낸다. 최초 탐색 시작 방향은 100이다. 만일 탐색 방향과 일치되는 화소가 배경 화소가 아닐 경우, 현재 탐색 중인 화소와 일치되는 방향을 200에서 찾는다. 조건에 맞는 방향이 있으면 201에서 해당 탐색 시작 방향을 결정하게 된다.

다음에, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 이진 영상에서 외부 경계선 추출 과정을 상세히 설명한다.

먼저, 입력되는 이진 영상의 임의의 화소를 중앙 화소로 하여 인접한 8개의 화소를 시계 방향으로 탐색하되, 탐색 시작점을 북방향(SP1)으로 초기화하고, 초기화된 탐색 시작점부터 탐색 시작하여 경계선에 해당하는 화소인지를 검출 시작한다(단계 300).

이때, 배경 화면이 아닌 경계선에 해당하는 화소이면 탐색된 화소에 대한 위치 정보를 저장하고 탐색 시작점이 북방향(SP1)이었는지를 판단하여(단계 302), 탐색 시작점이 북방향(SP1)이었으면 기탐색된 화소가 중복 탐색되지 않도록 최적의 조건으로 설정된 탐색 시작점을 나타내는 탐색 검색표를 참조하여 현재 경계선으로 탐색된 화소가 중앙 화소에 대응하여 8개 방향중 북방향(0) 또는 북동방향(1)에 해당하는지를 판단하여(단계 304), 중앙 화소를 기준으로 한 탐색 방향이 북방향(0) 또는 북동방향(1)이면 탐색 시작점을 서방향(SP4)으로 초기화하고 경계선으로 탐색된 화소를 다시 중앙 화소로 하여 인접한 8개의 화소를 시계 방향으로 탐색하되, 탐색 시작점을 초기화된 서방향(SP4)의 화소부터 다시 경계선에 해당하는 화소가 존재하는지를 탐색하여(단계 306) 경계선에 해당하는 화소가 다시 탐색되면 상술한 단계(302)로 진행한다.

한편, 상술한 단계 (304)에서 탐색 방향이 북방향(0) 또는 북동방향(1)이 아니면 동방향(2) 또는 남동방향(3)이었는지를 판단하여(단계 308), 탐색 방향이 동방향(2) 또는 남동방향(3)이었으면 탐색 시작점을 북방향(SP1)의 화소로 초기화하고 탐색 시작점부터 시계 방향으로 인접한 화소들을 다시 탐색을 시작하여(단계 310) 경계선에 해당하는 화소가 탐색되면 상술한 단계 (302)로 진행한다.

한편, 상술한 단계 (308)에서 탐색 방향이 동방향(2) 또는 남동방향(3)이 아니면 남방향(4) 또는 남서방향(5)이었는지를 판단하여(단계 312), 탐색 방향이 남방향(4) 또는 남서방향(5)이었으면 탐색 시작점을 동방향(SP2)의 화소로 초기화하고 탐색을 시작하여(단계 314) 경계선에 해당하는 화소가 탐색되면 상술한 단계 (302)로 진행하여 계속 경계선 화소를 탐색하게 된다.

한편, 상술한 단계 (312)에서 탐색 방향이 남방향(4) 또는 남서방향(5)이 아니면 서방향(6) 또는 북서방향(7)이었는지를 판단하여(단계 316), 탐색 방향이 서방향(6) 또는 북서방향(7)이었으면 탐색 시작점을 남방향(SP3)의 화소로 초기화하고 탐색을 시작하여(단계 318) 경계선에 해당하는 화소가 탐색되면 상술한 단계 (302)로 진행하여 계속 경계선 화소를 탐색하게 된다.

다른 한편, 상술한 단계 (316)에서 탐색 방향이 서방향(6) 또는 북서방향(7)이 아니면 화소가 최초 탐색 시작 화소인지를 판단하여(단계 320), 최초 탐색 시작 화소가 아니면 상술한 단계 (304)로 진행하여 계속 경계선으로 인식된 화소의 중앙 화소에 대한 탐색 방향을 비교하게 된다.

반대로, 상술한 단계 (320)에서 최초 탐색 시작 화소로 판단되면 이진 영상에서 경계선 추출 과정을 종료하게 된다.

한편, 상술한 단계 (302)에서 탐색 시작점이 북방향(SP1)이 아니었으면 탐색 시작점이 동방향(SP2)이었는지를 판단하여(단계 322), 탐색 시작점이 동방향(SP2)면 상술한 단계 (308)로 진행하여 계속 경계선으로 인식된 화소의 중앙 화소에 대한 탐색 방향을 비교하되, 동방향(2) 또는 남동방향(3)인지를 먼저 판단하게 된다.

한편, 상술한 단계 (322)에서 탐색 시작점이 동방향(SP2)이 아니면 탐색 시작점이 남방향(SP3)인지를 판단하여(단계 324), 탐색 시작점이 남방향(SP3)이면 상술한 단계 (312)로 진행하여 계속 경계선으로 인식된 화소의 중앙 화소에 대한 탐색 방향을 비교하되, 남방향(4) 또는 남서방향(5)인지를 먼저 판단하게 되며, 탐색 시작점이 남방향(SP3)가 아니면 즉, 탐색 시작점이 서방향(SP4)이면 상술한 단계 (316)으로 진행하여 계속 경계선으로 인식된 화소의 중앙 화소에 대한 탐색 방향을 비교하되, 서방향(6) 또는 북서방향(7)인지를 먼저 판단하게 된다.

상술한 조건에 의거하여 결정된 탐색 시작 방향은 최초 탐색 시작 방향인 북방향(SP1,100)에서 다시 탐색을 시작하는 것이 아니라 탐색 검색표에 의해 정의된 시작 방향에서 탐색을 계속하여 탐색된 화소가 다시 중복되어 탐색되는 것을 방지할 수 있게 된다.

만일, 탐색 시작점이 고정될 경우, 예를 들어 반드시 100 방향에서 탐색을 시작할 경우 8방향을 모두 탐색해야 하나 본 발명은 다음 탐색 시작점이 탐색 검색표에 의해 결정되므로 모든 방향을 탐색하지 않고 정의된 탐색 시작점에서 탐색을 계속한다. 따라서 탐색시 고려되는 화소와의 비교 연산수를 줄일 수 있으므로 처리 시간이 단축된다.

도 4는 본 발명에 따른 이진 영상에서 외부 경계선 추출 과정에 의해 경계선 화소를 탐색하는 과정을 도시한 도면으로서, 시계 방향으로 8 방향 코드를 이용하여 즉, 각 탐색 시작 방향(Sn, n=1, 2, 3, 4)인 정방향(북, 동, 남, 서)과 대각선 방향(북동, 남동, 남서, 북서)중에서 탐색 검색표에 대응하는 조건을 이용하여 탐색 시작점을 결정하여 탐색하게 되며, 탐색 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.

화소	화소 정합 순서 :탐색 시작점은 SP1(=0)	탐색 시작점(방향코드)	추출된x-y좌표	추출된방향코드
①	0→1	SP4(=6)	(46,26)	1
②	6→7→0→1→2→3	SP1(=0)	(47,25)	3
③	0→1→2→4	SP2(=2)	(47,24)	4
④	2→3	SP1(=0)	(48,23)	3
⑤	0→1→2	SP1(=0)	(49,23)	2
⑥	0→1→2	SP1(=0)	(50,23)	2
⑦	0→1	SP4(=6)	(51,24)	1
⑧	6→7	SP3(=4)	(50,25)	7
⑨	4→5→6→7→0	SP4(=6)	(50,26)	0
⑩	6→7→0→1→2	SP1(=0)	(51,26)	2

표 1에서 보듯이 본 발명에 따른 경계선 추출 방법은 시작 방향이 고정되어 있는 종래의 방법에서 내부가 채워진 물체에 대해서 적용이 불가능한 문제점을 해결할 수 있으며, 또한 추출된 결과값의 중복(duplication)을 최소화하여 물체에 대해 경계선 추출 후, 중복된 값을 제거(bookeeping) 하는 중복점 제거 연산 시간을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정 실시가 가능함을 알 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 영상 분석을 기반으로 하는 물체 인식 시스템, 문자 인식 시스템, 지리 정보 시스템에서 인식 대상의 경계선을 추출하는 기술로써 사용되어, 화소 탐색시 고려되는 화소와의 비교 연산수가 적으므로 처리 속도의 향상을 가져올 수 있으며, 영상 내 인식 대상의 영역화에 적용할 경우, 처리 속도 및 처리시 필요로 하는 경계선 정보 저장 공간의 효율을 높일 수 있으며, 8-방향을 이용하여 탐색하므로 4-방향을 이용한 탐색 기술보다 인식 대상의 경계선 정보를 정확히 표현하고 추출할 수 있는 효과가 있다.

Claims

이진 영상의 외부 경계선을 추출하는 방법에 있어서,

인가되는 이진 영상의 화소를 3×3 블록으로 구분하여 블록내의 중앙 화소를 중심으로 8개의 탐색 방향에 각각 인접한 화소를 순차적으로 탐색하되, 탐색 시작점을 북방향 또는 동방향 또는 남방향 또는 서방향 인접 화소중에서 택일하여 초기화하고 탐색 시작점부터 시계 방향으로 탐색 시작하는 제 1 단계와;

탐색 결과 탐색 화소가 외부 경계선에 해당되면 그 화소에 대한 위치 정보를 저장하고, 그 화소의 탐색 방향이 북방향 또는 북동방향이었으면 탐색 시작점을 서방향으로 초기화하고, 탐색 방향이 동방향 또는 남동방향이었으면 탐색 시작점을 북방향으로 초기화하고, 탐색 방향이 남방향 또는 남서방향이었으면 탐색 시작점을 동방향으로 초기화하고, 탐색 방향이 서방향 또는 북서방향이었으면 탐색 시작점을 남방향으로 초기화하고 그 화소를 중앙 화소로하여 다시 인접한 3×3 블록내의 화소들을 탐색 시작점부터 시계 방향으로 순차적으로 탐색하는 제 2 단계와;

최초 시작 중앙 화소가 다시 중앙 화소가 될 때까지 상기 제 2 단계를 반복하여 수행하고, 최초 시작 중앙 화소가 다시 중앙 화소로 되면 외부 경계선 추출 탐색을 종료하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이진 영상에서 외부 경계선 추출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 단계에서의 탐색 시작점 초기화는, 이전 탐색 시작점이 북방향이었으면 그 화소의 탐색 방향이 북방향 또는 북동방향이었는지를 먼저 판단하고, 탐색 방향이 동방향 또는 남동방향, 남방향 또는 남서방향, 서방향 또는 북서방향이었는지 순으로 순차적으로 비교 판단하여 탐색 시작점을 초기화하고,

이전 탐색 시작점이 북방향이 아니고 동방향이면 그 화소의 탐색 방향이 동방향 또는 남동방향, 남방향 또는 남서방향, 서방향 또는 북서방향, 북방향 또는 북동방향이었는지 순으로 순차적으로 비교 판단하여 탐색 시작점을 초기화하고,

이전 탐색 시작점이 동방향이 아니고 남방향이면 그 화소의 탐색 방향이 남방향 또는 남서방향, 서방향 또는 북서방향, 북방향 또는 북동방향, 동방향 또는 남동방향이었는지 순으로 순차적으로 비교 판단하여 탐색 시작점을 초기화하고,

이전 탐색 시작점이 남방향이 아니고 서방향이면 그 화소의 탐색 방향이 서방향 또는 북서방향, 북방향 또는 북동방향, 동방향 또는 남동방향, 남방향 또는 남서방향이었는지 순으로 순차적으로 비교 판단하여 탐색 시작점을 초기화하는 것을 특징으로 하는 이진 영상에서 외부 경계선 추출 방법.