JP4221534B2 - 2値画像の特徴量抽出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置等に使用される画像データの特徴量抽出方法に係り、特に2値画像データを1スキャンすることにより、面積、周囲長、端点座標、重心位置座標、2次モーメント等を各画像エリア毎に適正かつ円滑に抽出することができる2値画像の特徴量抽出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、CCDカメラ等の撮像装置から取り込んだ2値化して得られた2値画像データから、所望の特徴量を抽出する手段として種々の方式が提案されている。
【0003】
例えば、ビデオ信号そのものの時系列で画像信号を前処理(2値化)し、その2値化データに対してラスタスキャン方式等により画素を走査し、その画素の“1”、“0”の状態から画像を検出すると共に、その画像の領域内に存在する画素を、面積分その他種々の演算処理を行うことにより、面積、重心、主軸角等の特徴量をリアルタイムに抽出する方式が知られている。
【0004】
しかし、この抽出方式によれば、面積等の特徴量の抽出には、全ての画素を抽出(アクセス)して面積分を行うため、その処理ステップが多く、高速処理に適さない難点がある。
【0005】
このような観点から、従来において、2値画像を記憶する2値画像記憶手段と、この2値画像記憶手段に記憶された2値画像の輪郭を追跡して輪郭画素の位置座標を閉ループとして得る輪郭追跡手段と、前記輪郭追跡手段によって得た輪郭画素の位置座標に関する単項式を、輪郭を示す閉ループに関して積分することによって、前記閉ループに囲まれた図形に関する特徴量を抽出する特徴量算出手段を設けることにより、前記輪郭追跡手段により画像データ中に存在する物体等の輪郭線を抽出し、その輪郭線の追跡を行い、そして前記特徴量算出手段により輪郭線を構成する画素の位置座標データから、0次モーメント、1次モーメント等を求め、そして0次モーメントから面積を求め、また0次、1次モーメントから画像の重心を算出して、輪郭線追跡(画像検出)を行いながら、しかも輪郭線を構成する画素データという少ない画素から、面積、重心等の特徴量を検出するように構成した2値画像の特徴量抽出装置が提案されている(特開平6−208623号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前述した従来の提案に係る2値画像の特徴量抽出装置は、画像データ中に存在する画像の輪郭線を抽出し、その輪郭線の追跡を行うと共に輪郭線を構成する画素の位置座標データからモーメントをそれぞれ求め、0次モーメントからは面積を求め、また0次および1次モーメントからは画像の重心を算出する等の演算処理を行うものであり、データの処理量は低減することができるが、演算処理は依然として複雑であり、特徴量抽出のためのデータ処理の容易化および迅速化に限界があった。
【0007】
一般に、画像データの特徴量としては、次のような種類が知られている。
【0008】
1.面積S
この特徴量は、着目する画像エリアの総画素数で示すことができる。この場合、微少ノイズは、その値が小さいため、容易に除去することができる。図8において、画像エリアA1の面積S1および画像エリアA2の面積S2をそれぞれ示す。
【0009】
2.周囲長L
この特徴量は、着目する画像エリアの端画素数(4隣接)で示すことができる。その値は、単独で使用するよりも、面積と比とから丸っこさを表す特徴量が有効である。図8において、画像エリアA1の周囲長L1およびエリアA2の周囲長L2をそれぞれ示す。
【0010】
3.端点座標群(上端、下端、左端、右端)
この特徴量は、着目する画像エリアの上端、下端、右端、左端の座標をそれぞれ示す。これらの値は、着目する画像エリアの位置情報を提供し、画像データの直接のアクセスに役立つ。図9において、画像エリアA1の上端座標(X1u,Y1u)、左端座標(X1l,Y1l)、下端座標(X1d,Y1d)、右端座標(X1r,Y1r)および画像エリアA2の上端座標(X2u,Y2u)、左端座標(X2l,Y2l)、下端座標(X2d,Y2d)、右端座標(X2r,Y2r)をそれぞれ示す。
【0011】
4.重心位置座標
この特徴量は、着目する画像エリアの重心位置座標を示すことができる。この座標値は、着目する画像エリアの内部に位置するとは限らない。その値は、次式により計算することができ、画像エリア間の距離の計算等に役立つ。
【0012】
【数1】
【0013】
図10において、画像エリアA1の重心位置座標(X1g,Y1g)および画像エリアA2の重心位置座標(X2g,Y2g)をそれぞれ示す。
【0014】
5.2次モーメント
この特徴量は、着目する画像エリアの2次モーメントを計算し、モーメントの等しい楕円の主軸長a、副軸長b、角度θを示すことができる。その値は、次式により計算することができる。
【0015】
【数2】
但し、
【0016】
【数3】
【0017】
【数4】
但し、
【0018】
【数5】
【0019】
図11において、画像エリアA1の2次モーメント(a1,b1,θ1)および画像エリアA2の2次モーメント(a2,b2,θ2)をそれぞれ示す。
【0020】
そこで、本発明者は鋭意研究並びに検討を重ねた結果、1フレームに表示される2値画像からなる画像データをラスタスキャン方式等によりスキャンして画像エリアの面積、周囲長、端点、重心およびモーメント等の特徴量を抽出する場合において、前記画像データの1ラインのスキャンを行って、所定の濃度を有する画素を検知した際に、前記検知画素に対し同一ラインの1つ前の画素と、1つ前のラインの直上の画素とについて、それぞれ前記各画素の内容を確認し、前記検知画素が前記いずれか一方の画素の画像エリアに属する場合にその画像エリアのエリア番号を継承するように設定する。次いで、順次後続する画素について前記処理操作を繰り返し行って画像データをラインバッファに記憶させ、1ラインのスキャンを終了させる。そして、その際に、各画素について画像エリアが連続しているにも拘らずエリア番号が相違する場合に、前記ラインバッファを逆スキャンして前記相違しているエリア番号を同一のエリア番号に整合させる。さらに、1フレーム全体に亘って、最終ラインまで前記と同様のラインスキャンを行うことにより、それぞれ画像エリア毎に特徴量を記憶するように設定することにより、2値画像データを1スキャンすることにより、面積、周囲長、端点座標、重心位置座標、2次モーメント等を各画像エリア毎に適正かつ円滑に抽出することができることを突き止めた。
【0021】
従って、本発明の目的は、2値画像データにおける特徴量の抽出に際して、画像データを1スキャンすることにより、所要の特徴量を各エリア毎に適正かつ簡便に抽出することができる2値画像の特徴量抽出方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法は、1フレームに表示される2値画像からなる画像データをラスタスキャン方式によりスキャンして画像エリアの面積、周囲長、端点、重心およびモーメントの特徴量を抽出する2値画像の特徴量抽出方法において、画像データの1ラインのスキャンを行って、所定の濃度を有する画素を検知した際に、前記検知画素に対し同一ラインの1つ前の画素と、1つ前のラインの直上の画素とについて、それぞれ前記各画素の内容を確認し、前記検知画素が前記いずれか一方の画素の画像エリアに属する場合にその画像エリアのエリア番号を継承すると共に、順次後続する画素について前記処理操作を行って画像データをラインバッファに記憶させ、1ラインのスキャンを終了した際に、各画素について画像エリアが連続しているにも拘らずエリア番号が相違する場合に、前記ラインバッファを逆スキャンして前記相違しているエリア番号を同一のエリア番号に整合させ、以下1フレームの最終ラインまで前記と同様のラインスキャンを行うことによりそれぞれ画像エリア毎に特徴量を記憶することを特徴とする。
【0023】
この場合、前記画像データの1ラインのスキャンを行って、所定の濃度を有する画素を検知した際に、前記検知画素に対し同一ラインの1つ前の画素と、1つ前のラインの直上の画素とについて、それぞれ前記各画素の内容を確認し、前記検知画素が前記両方の画素の画像エリアに属する場合に、前記直上の画素を優先させてその画像エリアのエリア番号を継承させることができる。
【0024】
また、本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法においては、前記画像データの1ラインのスキャンを行って、所要のエリア番号からなる画像エリアが終了した時点の次のN画素(Nは1以上の整数)を、隣接する画像エリアの準画像エリアとして設定することができる。
【0025】
さらに、前記画像データの1ラインのスキャンを行って、同一のエリア番号からなる画像エリアが終了すると共に、1つ前のラインの直上の画素が所要のエリア番号からなる画像エリアが終了している場合に、N画素(Nは1以上の整数)について前記直上に隣接する画像エリアの準画像エリアとして設定することができる。
【0026】
そして、前記1ラインのスキャンを終了した際に、各画素について画像エリアが準画像エリアと共に連続しているにも拘らずエリア番号が相違する場合に、前記ラインバッファを逆スキャンして前記相違しているエリア番号を共通のエリア番号に整合させることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【0028】
図1は、本発明における2値画像の特徴量抽出方法の一実施例を示すものであり、特徴量を抽出するための各画像エリア毎のデータ構造すなわち画像データの特徴量を記憶するためのメモリ・フォーマットを示すものである。なお、本実施例において、2値画像の特徴量としては、前述した各画像エリアAn毎の面積、周囲長、端点座標、重心位置座標および2次モーメントである。
【0029】
従って、図1に示す画像エリアAnにおいて、画像データの特徴量は、画像エリア有効フラグを先頭として、順次面積、周囲長、上端点x座標、上端点y座標、下端点x座標、下端点y座標、左端点x座標、左端点y座標、右端点x座標、右端点y座標、xの総和、yの総和、x*xの総和、y*yの総和、x*yの総和である。
【0030】
次に、2値画像の特徴量の抽出方法について説明する。
【0031】
1.特徴量のデータ処理
1画面における画像データに対して、ラインスキャンする場合、例えば座標(Xj,Yj)において黒画素(いずれかの有効画像エリア)が存在すれば、図1に示す所要の画像エリアAnに対し、前記画像データの特徴量について、それぞれ次の通りメモリ(ラインバッファ)への書き込み処理が実行され、記憶される。
【0032】
(1)属する画像エリアの面積をインクリメントする
(2)そこが画像エリアの境界であれば周囲長をインクリメントする
(3)そこが画像エリアの端であれば置き換えを行う(端点座標)
(4)xの総和を更新する(重心位置座標の算出に使用する)
(5)yの総和を更新する(重心位置座標の算出に使用する)
(6)x*xの総和を更新する(2次モーメントの算出に使用する)
(7)y*yの総和を更新する(2次モーメントの算出に使用する)
(8)x*yの総和を更新する(2次モーメントの算出に使用する)
【0033】
2.特徴量の発生
画像データに対する1ラインのスキャンにおいて、前述したように、黒画素Anがきた場合、図2に示すように、該当する画素Anの同一ラインの1つ前の画素An-1と、1つ前のラインの直上の画素An+1とをそれぞれ見て、当該画素Anがどの画像エリアに属するのかを探す。そして、もしその両者共画像エリアを持っていなければ、新しい画像エリアA1を発生させる。
【0034】
3.特徴量の継承
次いで、画像データに対する1ラインのスキャンにおいて、図3の(a)〜(c)にそれぞれ示すように、該当する画素Anの1つ前の画素An-1および/または直上の画素An+1を見て、それぞれの画素がどの画像エリアに属するのかを探す。そして、当該画素Anに対し、1つ前の画素An-1が画像エリアA2を持っていれば、当該画素Anはその横画像エリアA2を継承する〔図3の(a)参照〕。
【0035】
また、当該画素Anに対し、直上の画素An+1が画像エリアA2を持っていれば、当該画素Anはその直上の画像エリアA2を継承する〔図3の(b)参照〕。
【0036】
さらに、当該画素Anに対し、1つ前の画素An-1および直上の画素An+1がそれぞれ画像エリアA1およびA2を持っていれば、当該画素Anは直上の画素An+1の画像エリアA2を優先(上方向優先)して、その直上の画像エリアA2を継承する〔図3の(c)参照〕。
【0037】
4.特徴量の合併
前述した特徴量の発生と継承を繰り返して、画像データの1ラインに対するスキャンを終了すると、図4の(a)に示すように、画像エリアが連続しているにも拘らず、異なるエリア番号となっていることがある。この場合、前記画像エリアを合併させるために、ラインバッファを逆スキャンする。そして、図4の(b)に示すように、前記隣接する画素を全て同じ画像エリアA2に整合させると共に、特徴量のデータ処理を行う画像エリアも合併させて、データの空白となった部分は初期化して、次のデータ処理の使用のために待機させる。
【0038】
前述したように、特徴量の発生、継承および合併の処理を、画像データの1ラインスキャン毎に最終ラインまで実行していけば、それぞれの特徴量は、画像エリア毎に図1に示すデータ構造(メモリ・フォーマット)に従ってメモリ(ラインバッファ)へ記憶させることができる。
【0039】
5.特徴量の連結
次に、前述した特徴量の発生、継承および合併の処理の結果、合併の条件を満たさずに、幾つかの画素によって離間している画像エリアについても、同一画像エリアとみなすことが有効である。すなわち、「ドットマーキング」や「かすれ」等の画像データに対しては必要である。
【0040】
すなわち、この場合は、N画素離れている2つの画像エリアについて、例えばN=2としてこれらに該当する隣接する2画素を準画像エリアとし、前記2つの画像エリアを同一の画像エリアとして連結することである。これらの連結手法は、前記特徴量の発生、継承および合併の処理に準じて処理される。
【0041】
(a)連結画像エリアの発生
図5に示すように、当該画素Anにおける画像エリアA2.0 の発生において、その画像エリアA2.0が終了した時点から、その後の2画素An+1、An+2(N=2とする)を準画像エリアA2.1、A2.2として発生させ、画像エリアA2.0情報と共に距離情報をラインバッファに記憶させる。
【0042】
(b)連結画像エリアの継承
同様にして、図6に示すように、直上の画素An+1が画像エリアA2.0 を持っていれば、当該画素Anとその後の画素An+1との隣接する2画素の範囲内において、それぞれ準画像エリアA2.1、A2.2として継承させる。
【0043】
(c)連結画像エリアの合併
さらに、図7の(a)に示すように、画像エリアが連続しているにも拘らず、異なるエリア番号となっている場合には、ラインバッファを逆スキャンすることにより、図7の(b)に示すように、前記隣接する画素を画像エリアおよび準画像エリアを含めて同じ画像エリアとなるように整合させる。
【0044】
従って、前述した本発明による2値画像の特徴量抽出方法によれば、画像エリア毎に抽出された特徴量のデータに基づいて、前述したと従来における画像エリアの面積、周囲長、端点座標群、重心位置座標および2次モーメントからなる特徴量を適正かつ円滑に抽出することができる。
【0045】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をすることができる。
【0046】
【発明の効果】
前述した実施例から明らかなように、本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法は、1フレームに表示される2値画像からなる画像データをラスタスキャン方式によりスキャンして画像エリアの面積、周囲長、端点、重心およびモーメントの特徴量を抽出する2値画像の特徴量抽出方法において、画像データの1ラインのスキャンを行って、所定の濃度を有する画素を検知した際に、前記検知画素に対し同一ラインの1つ前の画素と、1つ前のラインの直上の画素とについて、それぞれ前記各画素の内容を確認し、前記検知画素が前記いずれか一方の画素の画像エリアに属する場合にその画像エリアのエリア番号を継承すると共に、順次後続する画素について前記処理操作を行って画像データをラインバッファに記憶させ、1ラインのスキャンを終了した際に、各画素について画像エリアが連続しているにも拘らずエリア番号が相違する場合に、前記ラインバッファを逆スキャンして前記相違しているエリア番号を同一の番号に整合させ、以下1フレームの最終ラインまで前記と同様のラインスキャンを行うことによりそれぞれ画像エリア毎に特徴量を記憶することにより、2値画像データを1スキャンすることにより、面積、周囲長、端点座標、重心位置座標、2次モーメント等を各画像エリア毎に適正かつ円滑に抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法を実施する画像データの特徴量のデータ構造すなわち画像データの特徴量を記憶するためのメモリ・フォーマットを示す説明図である。
【図2】本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法における画像データの画像エリアの発生状態を示す画像データの説明図である。
【図3】(a)〜(c)は本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法における画像データの画像エリアのそれぞれ異なる継承状態を示す画像データの説明図である。
【図4】(a)および(b)は本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法における画像データの画像エリアの合併状態を示す画像データの説明図である。
【図5】本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法における画像データの連結画像エリアの発生状態を示す画像データの説明図である。
【図6】本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法における画像データの連結画像エリアの継承状態を示す画像データの説明図である。
【図7】(a)および(b)は本発明に係る2値画像の特徴量抽出方法における画像データの連結画像エリアの合併状態を示す画像データの説明図である。
【図8】2値画像の特徴量抽出方法における画像データの着目画像エリアの面積および周囲長をそれぞれ示す画像データの説明図である。
【図9】2値画像の特徴量抽出方法における画像データの着目画像エリアの端点座標群をそれぞれ示す画像データの説明図である。
【図10】2値画像の特徴量抽出方法における画像データの着目画像エリアの重心位置座標をそれぞれ示す画像データの説明図である。
【図11】2値画像の特徴量抽出方法における画像データの着目画像エリアの2次モーメントをそれぞれ示す画像データの説明図である。
Claims (5)
- 1フレームに表示される2値画像からなる画像データをラスタスキャン方式によりスキャンして画像エリアの面積、周囲長、端点、重心およびモーメントの特徴量を抽出する2値画像の特徴量抽出方法において、
画像データの1ラインのスキャンを行って、所定の濃度を有する画素を検知した際に、前記検知画素に対し同一ラインの1つ前の画素と、1つ前のラインの直上の画素とについて、それぞれ前記各画素の内容を確認し、前記検知画素が前記いずれか一方の画素の画像エリアに属する場合にその画像エリアのエリア番号を継承すると共に、順次後続する画素について前記処理操作を行って画像データをラインバッファに記憶させ、1ラインのスキャンを終了した際に、各画素について画像エリアが連続しているにも拘らずエリア番号が相違する場合に、前記ラインバッファを逆スキャンして前記相違しているエリア番号を同一のエリア番号に整合させ、以下1フレームの最終ラインまで前記と同様のラインスキャンを行うことによりそれぞれ画像エリア毎に特徴量を記憶することを特徴とする2値画像の特徴量抽出方法。 - 画像データの1ラインのスキャンを行って、所定の濃度を有する画素を検知した際に、前記検知画素に対し同一ラインの1つ前の画素と、1つ前のラインの直上の画素とについて、それぞれ前記各画素の内容を確認し、前記検知画素が前記両方の画素の画像エリアに属する場合に、前記直上の画素を優先させてその画像エリアのエリア番号を継承してなる請求項1記載の2値画像の特徴量抽出方法。
- 画像データの1ラインのスキャンを行って、所要のエリア番号からなる画像エリアが終了した時点の次のN画素(Nは1以上の整数)を、隣接する画像エリアの準画像エリアとして設定してなる請求項1または2記載の2値画像の特徴量抽出方法。
- 画像データの1ラインのスキャンを行って、同一のエリア番号からなる画像エリアが終了すると共に、1つ前のラインの直上の画素が所要のエリア番号からなる画像エリアが終了している場合に、N画素(Nは1以上の整数)について前記直上に隣接する画像エリアの準画像エリアとして設定してなる請求項1または2記載の2値画像の特徴量抽出方法。
- 1ラインのスキャンを終了した際に、各画素について画像エリアが準画像エリアと共に連続しているにも拘らずエリア番号が相違する場合に、前記ラインバッファを逆スキャンして前記相違しているエリア番号を共通のエリア番号に整合させてなる請求項3または4記載の2値画像の特徴量抽出方法。
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