JP2797655B2 - 画像処理方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、撮像素子から入力された濃淡画像を、２値
画像に交換する画像処理方法とその装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 通常、画像処理を行なう時、濃淡画像を２値画像に変
換して、種々の解析を行なう。この様な２値化において
従来は、画面全体に対して、同一のしきい値を適用し
て、２値化処理を行なっていた。この様に、画面全体に
対し、同一のしきい値を適用すると、撮像素子から入力
された濃淡画像が、２値画像に変換された時、もとの濃
淡画像の形状情報が失なわれ、以後の解析ができないこ
とが生じる。これは、濃淡画像が、通常の撮像素子で撮
像した時は、256階調の濃淡情報をもっているのに対
し、２値画像の濃淡情報が２階調であることから生じ
る。つまり、256階調の濃淡情報を２階調の濃淡情報に
変換する時、情報が失なわれ、図形の形状情報が失なわ
れるからである。

この様な、情報欠落を防ぐため、従来は、２値化処理
の前に、画像のコントラストを強調する処理を実施した
り、画像を撮像素子に入力するための照明の均一化が非
常に重要な技術であった。しかし、この様な細心の注意
をはらって、画像を撮像素子に入力し、またコントラス
トの強調処理を実施しても、２値化がうまくいかないこ
とが、実際は多い。このことが、画像処理技術の応用展
開において、現在、重要な問題となっている。

従来の２値化処理を適用した例を第４図を用いて説明
する。

第４図において、（ａ）は、撮像素子から入力された
濃淡画像、（ｂ）はＸ−Ｘにおける１次元濃度ヒストグ
ラム、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、夫々、しきい値がA,
B,Cの時の２値画像を示している。

第４図の例からも判る様に、従来の２値化処理におい
ては、濃淡画像の形状情報が失なわれ、２値画像は、本
来の画像とは、まったく異なったものになっている。こ
の様な、形状情報の喪失が生じると、画像処理は、正し
い結果が得られないことは、いうまでもない。上記問題
を解決する方法として、撮像素子等から入力された画像
を、各水平走査線または各垂直走査線ごとに、濃度値の
極大値および極小値を求め、となりあった極大値と極小
値の値から、２値化のしきい値を求め、該しきい値を該
となりあった極大値極小値をとる画像のしきい値として
２値画像を求める方法が本発明者により既に提案されて
いる。本方法は、従来の方法に比べ、非常に優れた方法
であるが、ノイズの多い画像に対しては、前処理とし
て、ノイズ除去を慎重に行なわないと、２値画像にノイ
ズがのったり、また、細い細線画像に対しては、画像の
形状情報が失なわれやすいという欠点があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記の様な問題点に鑑み、撮像素子から入
力された濃淡画像の形状情報を失なうことなく、またノ
イズに強い、２値画像検出方法またはその装置を提供す
ることを目的としている。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、撮像素子等から入力された画像
を、２値化画像に処理する方法であって、入力された画
像を各水平走査線および各垂直走査線ごとに濃度値の極
大値および極小値を求め、となりあった極大値と極小値
の値から２値化のしきい値を求め、該しきい値を該とな
りあった極大値および極小値をとる画像のしきい値とし
て、２値画像を水平走査線および垂直走査線ごとに求
め、該求まった２値画像の対応する各画素間の２つの値
の積または和をとることによって得た値により２値画像
を得ることを特徴とする画像処理方法であり、撮像素子
等から入力された画像を２値化画像に処理する機構を少
なくとも有する画像処理装置であって、該機構が各水平
走査線および各垂直走査線ごとに入力された画像の濃度
値の極大値および極小値を求め、となりあった極大値と
極小値から２値化のためのしきい値を求め、該しきい値
を該となりあった極大値および極小値のとる画像のしき
い値として２値画像を水平走査線および垂直走査線ごと
に求め、該求まった２値画像の対応する各画素間の２つ
の値の積または和を演算し、演算値をもって２値画像を
得る機構であることを特徴とする画像処理装置である。

本発明を第１図を用いて説明する。第１図は、撮像素
子によって得られたある画像のある水平（または垂直）
走査線における１次元濃度ヒストグラムを示したもので
ある。

x₁,x₂,…,x_i,x_i+1,…は、濃度値が極値をとる画素を
示し、x₁,x₂,…,x_i,x_i+1,…における濃度値を、a₁,a₂,
…,a_i,a_i+1,…とすると、x_i〜x_i+1（ｉ＝0,1,2,…）の
画素間におけるしきい値THLは、次式により決定され
る。

尚、水平あるいは垂直走査線の端の要素を含むしきい
値は、 ａ）端の要素（図２ではx₀で表示）の濃度値a₀を用い
て、x₀〜x₁までのしきい値を（１）式より求める方法。

ｂ）各水平あるいは垂直走査線ごとに端の要素に距離的
に最も近いしきい値を用いる方法 ｃ）あらかじめしきい値を定めておく方法 等、色々な方法が考えられるが、実験によると、上記
ａ）またはｂ）が良い結果が得られている。

尚、上記の様な解析を行なう前に、通常、前処理をし
て、ノイズ除去が行なわれる。従って、上記解析は、ノ
イズが除去された濃淡画像を前提にして行なった。

例えば、第１図において、（１）式をＫ＝0.5とし
て、適用すると、第２図の様に２値画像が求まる。

また、第４図の画像に対し、本発明をＫ＝0.5として
適用すると、第３図の様になる。

第２図，第３図より、しきい値は、画像周辺の濃度値
により変動し、濃度が高ければ、しきい値が高くなり、
濃度が低ければ、しきい値が低くなっていく様子が判
る。この様に、画像周辺の濃度値により、しきい値は変
動していく。このことは、人間が、画像の境界を判断す
るのと同様なことを行なっていることになる。以上か
ら、本発明を利用すれば、従来の方法に比べ、濃淡画像
の画像形状情報を失なわずに２値画像が得られることが
判る。

この様にして、各水平あるいは垂直走査線ごとに、し
きい値THLを求め、夫々の領域x_i〜x_i+1（ｉ＝0,1,2,
…）において、求まったしきい値THL以上の濃度をもっ
た画素に対しては、白（または黒）とし、THL未満の濃
度を持った画素に対しては、黒（または白）として処理
する。この結果、水平あるいは垂直走査線に対し、夫々
１枚づつ２値画像が得られる。

この様にして求められた２枚の２値画像に対し、対応
する画素間の論理積（AND）または、論理和（OR）をと
ることにより、２値画像を求める。今背景を０（白）、
画像を１（黒）とした時、その論理積、論理和をとった
時の２値画像は、次の様にして求めることができる。

c_ijは論理積、ｃ′_ijは論理和による２値画像を示
す。a_ijは、水平走査により得られた２値画像、b_ijは垂
直走査により得られた２値画像、c_ij,c′_ijは、それ等
の２値画像の論理積、論理和をとることにより得られる
２値画像を示す。N,Mは夫々、水平，垂直方向の画素数
を示す。

上記の様な論理積、論理和をとることによる効果を第
５図を用いて説明する。

第５図において、（ａ）は撮像素子から入力された濃
淡画像、（ｂ）は、水平走査により得られた２値画像、
（ｃ）は、垂直走査により得られた２値画像、（ｄ）
は、（ｂ）と（ｃ）の画像の論理積により得られた２値
画像（ｅ）は、（ｂ）と（ｃ）の画像の論理和とにより
得られた２値画像を表わしている。

第５図において、，は、ノイズレベルに近いコン
トラストを持った線画像で、′，′は、それの２値
画像を示し、，は、２値画像に変換した時に生じた
ノイズを示している。

水平方向の走査により得られた２値画像（ｂ）は、通
常、水平方向に対する感度が高くなり、このため、で
示される様な水平方向のノイズをひろいやすい傾向にあ
る。また、水平方向の感度に比べ垂直方向の感度は逆に
低くなり、ノイズレベルに近いコントラストをもった線
画像は、検出されにくい。

垂直方向の走査により得られた２値画像（ｃ）の場合
は水平方向の走査の場合とは逆に、垂直方向の感度が高
く、水平方向の感度は低くなる。

このため、（ｃ）で示される様な２値画像が得られ
る。

従って、２値画像a_ijとb_ijの論理積を取ることにより
得られた画像c_ijは、ノイズ，が除去されたきれい
な像となるかわりに、ノイズレベルに近いコントラスト
を持った線画像の情報が失なわれる。２値画像a_ijとb_ij
の論理和を取った時は、得られた画像ｃ′_ijは、ノイズ
レベルに近いコントラストを持った線画像の情報は失な
われないが、ノイズ，が除去されずに残る。

この様に、論理積をとることにより、コントラストの
悪い線画像の情報は失なわれるが、ノイズが除去された
きれいな２値画像が得られ、論理和をとると、コントラ
ストの悪い線画像の情報も失なわれることなく２値画像
が得られるが、ノイズが除去されずに残る。

この様に、論理積、論理和をとることにより得られる
２値画像は、夫々、一長一短があるが、場合、場合によ
り、使い分けることにより、きわめて有効な処理が出来
る。

（実施例） 本発明の実施例を第６図を用いて説明する。

CCDカメラ（５）から入力された濃淡画像は、A/D変換
回路（６）により、濃淡値をアナログ値からディジタル
値に変換され、画像メモリー回路（７）に記憶される。
画像メモリー回路（７）の濃淡画像は、ノイズを含んで
いるため、ノイズ除去回路（８）を通り、ノイズが除去
されたきれいな画像として、画像メモリー回路（９）に
記憶される。画像メモリー回路（９）の濃淡画像情報
は、撮像素子の水平走査線、垂直走査線の１走査線ごと
に取り出され、水平走査方向極値検出回路10a、垂直走
査方向極値検出回路10bで、水平方向、垂直方向の極値
の値と位置が検出される。検出された極値の値と位置
は、夫々極値記憶回路12a,12bと極値位置記憶回路11a、
11bで記憶される。

極値記憶回路12a,12bの情報から、しきい値演算回路1
3a,13bにより、（１）式の演算が実施され、しきい値が
求められ、しきい値記憶回路14a,14bに記憶される。白
黒判定回路15a,15bでは、画像メモリー９からの濃淡画
像情報と、しきい値記憶回路14a,14bからのしきい値の
値と、極値位置記憶回路11a,11bからの極値の位置情報
から濃淡画像が２値画像に変換される、変換された２値
画像は、水平走査２値画像記憶回路16a垂直走査２値画
像記憶回路16bに記憶される。

論理積、論理和演算回路17では、水平走査２値画像記
憶回路16a、垂直走査２値画像記憶回路16bからの２値画
像情報をもとに、（２）式、（３）式の演算が実施さ
れ、２値画像が求められ、２値画像に記憶回路18で記憶
され、必要に応じ、出力回路19から出力される。

本実施例による実際の適用例を第１図に示す。

第７図（ａ）は、CCDカメラが取り込んだ濃淡画像
を、第７図（ｂ）は、従来の２値化法による２値画像
（本例では判別分析法を使用）を、第７図（ｃ）は本発
明の２値化法（論理積を取った）による２値画像のそれ
ぞれ概容図を示す。

第７図より、従来の方法では、濃淡画像の画像形状情
報がかなり失なわれているのに対し、本発明によれば、
ほとんど失なわれずに２値画像が得られていることが判
る。

（発明の効果） 本発明の画像処理によれば、濃淡画像から２値画像に
処理するさいに、ノイズ除去にすぐれ、また、ノイズに
近い画像をもとりこみ得る任意性をもった、処理を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、濃淡画像の１水平走査線上の１次元濃度ヒス
トグラムを表わした図、第２図は、第１図に示した濃淡
ヒストグラムと本発明法によってえられるしきい値との
関係およびそのときのしきい値によって決定される２値
画像を示したものである。第３図は、（ａ）に濃淡画像
を模型的に表示し、（ｂ）にそのときの１水平走査線上
の濃淡ヒストグラムと本発明のしきい値設定によるしき
い値の関係を示し、（ｃ）に、（ｂ）による２値化され
た画像を模型的に示したものである。 第４図は、第３図と同様のことを従来法による場合を示
したものである。 第５図は、論理積、論理和をとる本発明の処理による２
値画像処理を示す図であり、第６図は、本発明の１実施
例の各回路（要素）の配列の概略を示したものであり、
第７図は、〜ａに濃淡画像の〜ｂに、従来法の２値化に
よる２値画像の〜ｃに本発明の２値化による２値画像の
各々概容を示す図である。 第６図において、５はCCDカメラ、６はA/D変換回路、７
は画像メモリー回路、８はノイズ除去回路、９は画像メ
モリー回路、10aは水平走査方向極値検出回路、10bは垂
直走査方向極値検出回路（以下、a,bの添字は、ａは水
平走査方向、ｂは垂直走査方向についての回路を示
す）、11は極値位置記憶回路、12は極値記憶回路、13は
しきい値演算回路、14はしきい値記憶回路、15は白黒判
定回路、16は２値画像記憶回路、17は論理積（論理和）
演算回路、18は２値画像記憶回路、19は出力回路を示す
ものである。 第７図（ａ）は、CCDカメラが取り込んだ濃淡画像を示
し、第７図（ｂ）は、従来の２値化法による２値画像
を、第７図（ｃ）は、本発明の２値化法による２値画像
をそれぞれ示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 5/00 H04N 1/40 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像素子等から入力された画像を、２値化
   画像に処理する方法であって、入力された画像を各水平
   走査線および各垂直走査線ごとに濃度値の極大値および
   極小値を求め、となりあった極大値と極小値の値から２
   値化のしきい値を求め、該しきい値を該となりあった極
   大値および極小値をとる画像のしきい値として、２値画
   像を水平走査線および垂直走査線ごとに求め、該求まっ
   た２値画像の対応する各画素間の２つの値の積または和
   をとることによって得た値により２値画像を得ることを
   特徴とする画像処理方法。
2. 【請求項２】撮像素子等から入力された画像を２値化画
   像に処理する機構を少なくとも有する画像処理装置であ
   って、該機構が各水平走査線および各垂直走査線ごとに
   入力された画像の濃度値の極大値および極小値を求め、
   となりあった極大値と極小値から２値化のためのしきい
   値を求め、該しきい値を該となりあった極大値および極
   小値のとる画像のしきい値として２値画像を水平走査線
   および垂直走査線ごとに求め、該求まった２値画像の対
   応する各画素間の２つの値の積または和を演算し、演算
   値をもって２値画像を得る機構であることを特徴とする
   画像処理装置。