JPH0410669B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は転送されてくるデータを監視してそ
のデータの項目ごとの頻度を計算するヒストグラ
ム生成手法に関する。 〔従来技術〕 ヒストグラムは画像処理たとえば画像の量子
化、分類処理、パターン認識を行ううえで基本に
なる統計情報である。このことを理解するために
一例としてカラー画像の量子化を考えよう。量子
化とは標本値の範囲を区分けして同一の区分け内
の標本値を１つの値とするものでる。赤、緑、青
の３次元について各々８ビツトでカラー画像を走
査した場合、その標本値の数は2^8×3（＝16777216）
であり、このようにして得た画像データをエント
リ数256のルツクアツプテーブルを有する表示装
置で表示するには2^8×3種類の標本値を256種類の
可変表示色に割り当てなければならない。この
際、色の量子化すなわち表示色の選定および表示
色と標本値との間のマツピングを、表示すべき画
像の特性に応じて適切に実行しないと、いわゆる
偽輪郭が顕在化してしまう。そこで一般には頻度
の高い標本値の範囲で区分けの目を細かくし、他
方頻度の低い標本値の範囲で区分けの目を粗くす
ること（漸減的な量子化）が行われている。そし
てこのような量子化を行ううえでヒストグラムを
基準として用いるのである。 ところで現在市場に出まわつている画像処理用
のワークステーシヨンの多くはその内部にヒスト
グラム計算用の機能すなわちヒストグラマを具備
している。これはワークステーシヨンのインテリ
ジエンス化に応えるものである。しかし、現在用
いられているヒストグラマは現実の画像処理に十
分対処できるものではなかつた。 すなわち処理すべきカラー画像の次元は通常３
であり、各次元は８ビツトで表示されるのが普通
である。写真をデジタイザで走査した際に得られ
る画像データは典型的には３次元（赤、緑、青）、
８ビツトである。またリモートセンシング用のセ
ンザでは通常５〜８次元であり、パターン認識用
のセンサが開発されると次元が３を越える画像を
処理することが予想される。 このような画像データを一度に処理してヒスト
グラムを処理すると仮定すると、語ロケーシヨン
の数が膨大であり、かつ語長も長いストレージを
ヒストグラマ用に設けなければならない。たとえ
ば３次元、８ビツトの画像を考えると色種は256³
（＝16777216）となり、これに応じて語ロケーシ
ヨンが256³個あるストレージを用意しなければな
らない。４次元、６ビツトの場合にも256³個必要
となる。しかも語ロケーシヨンの各々はオーバー
フローしないように十分な語長を有しなれければ
ならない。なぜならば、オーバーフローすると特
長が本来のものと全く異なつたヒストグラムとな
つてしまうからである。たとえばオーバーフロー
値に近い数だけ赤の画素を有する画像とオーバー
フロー値をわずかに超えた数だけ赤の画素を有す
る画像とは本来似ているはずであるけれども、ヒ
ストグラムは全く性質が違うものとして両者を表
わすこととなる。任意の語ロケーシヨンに累積す
る頻度の最高値は画像の画数に一致するので（こ
のことは単一色の画像を考えれば明らかである）、
1024×1024の画素からなる画像に対しては20を超
える語長が必要とされ、2048×2048に対しては22
を超える語長が必要とされ、また4096×4096に対
しては24を超える語長が必要とされる。このよう
な語ロケーシヨン数および語長上の要請を満たす
ようにヒストグラマ用ストレージを用意すること
はコストの点から非現実的である。 もちろん従前の画像処理用のワークステーシヨ
ンはそのような高コストのメモリを具備していな
い。したがつて色種が膨大な画像たとえば３次
元、８ビツトの画像から一度の処理だけでヒスト
グラムを生成するのは不可能であつた。このよう
な画像のストグラムを得るには膨大な色種を複数
のセグメントに分け、セグメント単位でヒストグ
ラム計算を実行し、その結果を総合して１つの画
像に対する完結したヒストグラムを得るようにし
ていた。この場合セグメントの色種数がヒストグ
ラマの語ロケーシヨン数以下であることは明らか
である。たとえばIBMシステム7350表示装置は
32ビツトのレジスタを4096個だけヒストグラマ用
に用意している。これで３次元８ビツトの画像を
処理するには、4096（＝256³÷4096）回ヒストグ
ラム計算を行う必要がある。このような繰返しは
極めて不都合である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この発明は以上の事情を考慮してなされたもの
であり、語ロケーシヨン数が膨大でしかも語長が
大のメモリを用意することなく、処理の繰返しを
極力抑えた態様でヒストグラム計算を行える手法
を提供することを目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明では以上の目的を達成するために、語
長が小さいけれども語ロケーシヨン数が膨大なヒ
ストグラム用ストレージを用意する。このヒスト
グラム用ストレージを利用して１回または複数回
の処理で１つの画像のヒストグラムを得る。この
ヒストグラム用ストレージでは語長が短いので、
その語ロケーシヨン数を従前のものに比して極め
て大とすることが可能であり、このためヒストグ
ラム計算の繰返しを極力抑えることができる。 またこの発明ではオーバーフローを起こすこと
がない程度に語長が大であるけれども語ロケーシ
ヨン数が比較的少ない補助ストレージも用意す
る。そしてヒストグラムを計算すべき項目を複数
のクラスにクラス分けし（たとえば画素の標本値
が項目であるときには、標本値を表すＲ、Ｇ、Ｂ
の３要素のうちの１つの要素に着目してクラス分
けする。青の要素Ｂに基づくときはＢの値が同一
であればＲ、Ｇが異なつていても同一のクラスと
する）、これらクラスの各々を補助ストレージの
語ロケーシヨンの各々に対応付けておく。このの
ち項目の生起ごとに対応するロケーシヨンで補助
ストレージの内容を増分していく。そして補助ス
トレージの語ロケーシヨンの各々の内容が最終的
にヒストグラム用ストレージのオーバーフロー値
以上かどうかを判別し、この判別結果に基づい
て、ヒストグラム用ストレージでオーバーフロー
する可能性のある項目を絞り込む。こののち絞り
込んだ項目について補助ストレージを利用してヒ
ストグラム計算を行い、この結果でヒストグラム
用ストレージで得たヒストグラムの値を修正す
る。 〔実施例〕 以下この発明を詳細に説明する。 第１図は色の量子化を行つて画像表示を実行す
る表示システムたとえばIBM7350画像処理シス
テムにこの発明を適用した一実施例を概略的に示
す。この第１図において、ホスト１が画像処理シ
ステム２のシステムバス３に入出力コントローラ
４を介して接続されている。システムバス３には
ヒストグラムユニツト５、リフレツシユバツフア
６、カラールツクアツプテーブル７および他の図
示しないシステム資源が接続されている。このシ
ステム２で、画像を表示するにはリフレツシユバ
ツフア６に表示データをストアし、リフレツシユ
バツフア６をCRT８の垂直走査および水平走査
に同期してアクセスする。そしてリフレツシユバ
ツフア６の出力をカラールツクアツプテーブル７
で変換し、こののちたとえば赤、緑および青の原
色信号に対応するＡ／Ｄコンバータ９，１０，１
１に供給し、これらＡ／Ｄコンバータ９，１０，
１１の出力でCRT８を駆動するのである。 第２図は第１図のシステムで量子化を行つて画
像表示を行う動作を示す。この図に示されるよう
に、まずヒストグラム計算が実行される（ステツ
プ12）。すなわちデジタイザ（図示略）等で得ら
れた入力画像データがホスト１からヒストグラム
ユニツト５に供給され、ヒストグラムが生成され
る。ヒストグラムユニツト５の詳細はのちに第３
図以降の図面を参照して詳述する。こののちヒス
トグラムはホスト１に転送され、ホスト１はこの
ヒストグラムを参照して所定の量子化アルゴリズ
ムを実行して色の量子化のためのマツピングテー
ブルを作成する（ステツプ13）。すなわち想定さ
れる色空間を、CRT８上に同時表示可能な色種
の数と同数の小色空間に分割し、かつこれら小色
空間を代表するのに最適な色をそれぞれ選定す
る。そして各小色空間内の標本値すなわち元の色
種を対応する選定色にマツピングするのである。
便宜上３次元６ビツトまたは８ビツトの画像を可
変表示色が4069色のCRT８で表示することを考
えれば、26144（＝2^6×3）色または16777216（＝
2^8×3）色を4096色にマツピングするのである。 このような量子化アルゴリズムで選定された選
定色はカラールツクアツプテーブル７のエントリ
０〜4095に選定される（ステツプ14）。他方画像
データは上述マゾピングテーブルに基づいて色番
号０〜4095（エントリ０〜4095に対応する）に変
換されてリフレツシユバツフア６に転送され、こ
こにストアされる（ステツプ15）。こののちリフ
レツシユバツフア６にストアされたデータに基づ
いてCRT８で表示が行われる（ステツプ16）。 第３図は第１図のヒストグラムユニツト５の構
成例を示している。この構成例は赤、緑および青
の３次元の画像データを処理するものとして示さ
れている。もちろん３次元以上の画像データを扱
うように変形できる。 第３図において、システムバス３には赤、緑お
よび青の各バンドに対応したオーバーフロー検出
修正テーブル２１，２２，２３が接続されてい
る。テーブル２１，２２，２３の各出力は加算器
２４に供給され、ここで加算が行われるようにな
つている。この加算器２４の出力は長語長ヒスト
グラマ２５に供給され、この長語長ヒストグラマ
２５の出力がシステムバス３および入出力コント
ローラ４を介してホスト１に供給される。長語長
ヒストグラマ２５は語長の長いレジスタを比較的
少数具備してなるものである。この発明を
IBM7350画像処理システムに適用する場合には
32ビツトのレジスタ4096個からなるヒストグラマ
をこの長語長ヒストグラマ２５として利用でき
る。1024×1024画素の画像は20ビツトの語で処理
でき、また2048×2048画素の画像および4096×
4096画素の画像はそれぞれ22ビツトおよび24ビツ
トの語で処理できることを考えれば、通常の画像
のヒストグラム計算に対して長語長ヒストグラマ
２５は十分すぎるほどの余裕があることは明らか
である。 なお、第５図に示されるように長語長ヒストグ
ラマ２５は所要のコントローラ２６、ストレージ
２７およびALU２８から構成される。ヒストグ
ラマ２５にデータが転送されてくると、ストレー
ジ２７の対応するロケーシヨンの内容がアクセス
されてALU２８で１だけ増分されて元のロケー
シヨンに戻されるようになつている。 第３図において、システムバス３にはさらに短
語長ヒストグラマ２９および選択テーブル３０が
接続されている。短語長ヒストグラマ２９は全標
本値にわたつてヒストグラムを暫定的に生成する
ためのものであり、語長が短かい反面、語ロケー
シヨンが比較的多数あるストレージを有してい
る。このストレージの語長はたとえば10ビツトで
あり、通常のヒストグラム計算時にはいくつかの
ロケーシヨンでオーバーフローが起こることが予
想される。のちに理解されるようにこの実施例で
は少なくとも次元数より１多い回数だけホスト１
からシステム２（第１図）に画像データを転送す
る必要がある。資源の最適な利用を考えた場合、
全標本値のヒストグラムの生成をこの回数に分け
て行うことが好ましい。このようにすることによ
り３次元６ビツトの画像の場合2^6×3／（３＋１）
＝65536ロケーシヨン、３次元８ビツトの場合
2^8×3／（３＋１）＝4194304ロケーシヨンで全標本
値をカバーすることができる。 なおヒストグラマ２９としてリフレツシユバツ
フア６（第１図）を用いるようにできる。
IBM7350画像処理システムを例に挙げれば、リ
フレツシユバツフア６は1048576（＝2²⁰）のロケ
ーシヨンを有するのでリフレツシユバツフア６の
１／１６の領域を流用して３次元６ビツトの画像を４
回の画像データ転送で済ませることができる。た
だ３次元８ビツトの画像についてはさらに12回す
なわち全部で16回の画像データ転送が必要であ
る。画素データでリフレツシユバツフア６のロケ
ーシヨンをアクセスするには第６図に示すアドレ
ス変換器６ａを設ける必要がある。IBM7350画
像処理システムではＸ−Ｙランダムアクセスプロ
セツサを用いる。従前ではたとえばヒストグラマ
のロケーシヨンは4096個であり、これを用いて３
次元８ビツトの画像のデータを処理するには4096
（＝2^8×3÷4096）回の繰返しが必要であることに
留意されたい。 選択テーブル３０についてはのちに理解され
る。 つぎに第４図をも参照しながら第３図の構成例
の動作について説明する。なお以下の説明の理解
を助けるため〔表〕を参照されたい。この表はホ
スト１から画像データが転送されるつどどのよう
な処理が長語長ヒストグラマ２５および短語長ヒ
ストグラマ２９で行なわれているかを示すもので
ある。この転送を時間の前後を基準にして第１段
階、第２段階、第３段階、および第４段階の画像
データの転送と呼ぶことにする。 なお表「表」において、短語長ヒストグラマは
画素データ（標本値）の実際のヒストグラムを計
算している。４回に分けているのは、画素データ
の項目数が膨大なため（短語長ヒストグラマの語
ロケーシヨン数の４倍程度）、一回の転送で全部
の項目のヒストグラムを計算できないためであ
る。ただしこのヒストグラム計算では、語長が短
いのでオーバーフローしている可能性があり、正
確性に欠ける。 またこの「表」において長語長ヒストグラマは
１回から３回の転送でオーバーフローした可能性
のある画素データのＲ、Ｇ、Ｂ軸上へのプロジエ
クシヨンを決定する。たとえばＲ軸についていえ
ば、まずＲ要素に基づいた画素データのクラス分
けを行つて各々のクラスに属する画素データのヒ
ストグラムの値を計算する。そして所定のクラス
についてヒストグラムの値が短語長ヒストグラマ
のオーバーフロー値を超えたときにはそのクラス
に属する画素データのいづれか１つまたは複数が
オーバーフローする可能性がある（もちろんオー
バーフローしないこともある）。このようなオー
バーフローの可能性のあるクラスは画素データの
Ｒ要素の値、すなわちＲ軸上へのプロジエクシヨ
ン（投影）で表すことができる。同様に、Ｇ、Ｂ
軸上へのプロジエクシヨンは、それぞれＧ、Ｂに
基づくクラスのヒストグラムによつて、オーバー
フロー候補の画素データを判別する際に、これを
表示するものである。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば語長が短
かい反面語ロケーシヨンが多いストレージを用い
て主ヒストグラマを構成しているので、項目数が
膨大な画像データのヒストグラムを現実的な設定
の範囲でしかも繰返のを極力抑えて計算すること
が可能である。また、語ロケーシヨンが少ない反
面語長の長い補助ヒストグラマを用いて主ヒスト
グラマのロケーシヨンのうちオーバーフローした
項目を絞り込み、さらにこの絞り込んだ項目に関
して補助ヒストグラマで正規のヒストグラムを得
て主ヒストグラマによるヒストグラムを修正する
ようにしているので、正確なヒストグラムを期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を概略的に示すブ
ロツク図、第２図は第１図例の動作の概略を説明
するためのフローチヤート、第３図は第１図例の
ヒストグラムユニツト５の構成例を示すブロツク
図、第４図は第３図構成例の動作を説明するため
のフローチヤート、第５図は第４図の長語長ヒス
トグラマ２５の詳細を示すブロツク図、第６図は
第５図の短語長ヒストグラマ２９の一例を示すブ
ロツク図、第７図は短語長ヒストグラマ２９によ
るヒストグラム計算を説明するための図、第８図
および第９図は長語長ヒストグラマ２５によるオ
ーバーフロー標本値の候補のプロジエクシヨンの
決定を説明するための図、第１０図、第１１図、
第１２図、第１３図および第１４図は標本値と長
語長ヒストグラマ２５のストレージのロケーシヨ
ンとのマツピングを説明するための図である。 １……ホスト、２……表示システム、２５……
長語長ヒストグラマ、２９……短語長ヒストグラ
マ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヒストグラム用ストレージのロケーシヨンを
   ヒストグラムを計算すべき項目に関係付け、上記
   項目の生起のつど関連するロケーシヨンの内容を
   増分して上記項目の頻度を計算するヒストグラム
   計算方法において、 ヒストグラムを計算すべき項目を表示するデー
   タのストリームを繰り返しＮ回（Ｎは２以上の整
   数）転送するステツプと、 上記項目のうち上記ヒストグラム用ストレージ
   でオーバーフローする可能性のあるものを絞り込
   むステツプであつて、つぎのサブステツプ(a)〜(d)
   を含むものと、 (a) 上記項目を複数のクラスに（Ｎ−１）個の異
   なる態様で（Ｎ−１）回クラス分けし、これら
   クラス分けの各々において、クラスの各々を、
   上記ヒストグラム用レジスタより十分に語長が
   長くてオーバーフローを起こすことがなく、か
   つ上記ヒストグラム用レジスタよりロケーシヨ
   ンの数が少ない補助ストレージのロケーシヨン
   の各々に割り当てるサブステツプ、 (b) 第１回から第（Ｎ−１）回の上記項目を表示
   するデータのストリームの転送の各々におい
   て、上記項目を表すデータを受け取るたびに、
   上記補助ストレージの対応するロケーシヨンの
   内容を初期値から増分していくサブステツプ、 (c) 第１回から第（Ｎ−１）回の上記項目を表示
   するデータのストリームの転送の各々におい
   て、上記補助ストレージのロケーシヨンであつ
   てその内容が上記ヒストグラム用ストレージの
   オーバーフロー値以上のものを特定するサブス
   テツプ、 (d) 第１回から第（Ｎ−１）回の上記項目を表示
   するデータのストリームの転送の各々において
   オーバーフロー値以上のものとして特定された
   ロケーシヨンに基づいて、上記項目のうち上記
   ヒストグラム用ストレージでオーバーフローす
   る可能性のあるものを絞り込むサブステツプ、 上記絞り込んだ項目を上記補助ストレージのロ
   ケーシヨンに対応付けるステツプと、 第Ｎ回目の上記項目を表示するデータのストリ
   ームの転送において、上記絞り込まれた項目を表
   すデータを受け取るたびに、上記補助ストレージ
   の対応するロケーシヨンの内容を初期値から増分
   していきそれらの項目についての正規の頻度を得
   るステツプとを有するヒストグラム計算方法。