JPH1049684A

JPH1049684A - 高速モーメント計算装置

Info

Publication number: JPH1049684A
Application number: JP8201634A
Authority: JP
Inventors: Hausu Jii; ハウスジー
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の画素を有する画像中の複数の対象物の
モーメント統計を簡単なハードウェアで高速に計算する
高速モーメント計算装置を提供する。【解決手段】対象物画素集合をソリッド形状に置き換
えることによりマスクを形成するための手段と、マスク
と入力画像とを用いて、各対象物に対してソリッド形状
上で、キー画素を選択する手段と、各対象物の統計間の
分離を維持するためにマスクを用いて、入力画像または
モーメント画像の列に沿ったモーメントを計算し蓄積す
る手段と、各対象物の統計間の分離を維持するためにマ
スクを用いて、入力画像またはモーメント画像の行に対
してモーメントを計算し蓄積する手段と、キー画素位置
でのモーメントを抽出する手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物の検出、同
定、又は、追跡の実時間視覚処理に使用される高速モー
メント計算装置に関し、例えば、監視、乗物の自動操
縦、ロボット自動制御、及び、防御システムに使用され
る高速モーメント計算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】統計学に基づくモーメントは、画像処理
への適用において、重要性が増加していること知られて
いる。特に、それらは、対象物の単純なモデルとして期
待されている。離散のための標準モーメント方程式は、
カルテシアン (cartesian)座標において、下記のように
なる。

【０００３】

【数１】ここで、ｆ［ｘ，ｙ］は画像、ｐとｑはモーメント次
数、ＸとＹは画像のサイズを示す。標準のＣＰＵはシリ
アルに計算を行うので、下記の座標の方向に沿う１次元
データ走査に関して、式（１）を履行することが都合が
良い。

【０００４】

【数２】

【０００５】

【数３】シリアルプロセッサは、式（２）において画像の各列の
合計を求め、式（３）において列の合計の総計を求める
ことにより、モーメントを求めることができる。

【０００６】対象物解析の際に重要な考慮すべき事項
は、画像が通常、１つ以上の重要な対象物を含むことで
ある。多数の対象物を囲むウインドウの使用に導かれた
計算は、すべての対象物に対し結合されたモーメントを
生じるだろう。従って、標準的なアプローチは、一般
に、画像中の様々な対象物の分離のためにラベル付けを
行う。モーメントは、対象物に付随した各画素の位置及
び値をリストする表から計算できる。これは、図２に示
され、対象物（１０９）としての船と飛行機が、それぞ
れ１及び２でラベル付けされている（１１５）。交互
に、長方形の領域が、その画面から領域分割され、モー
メントが領域分割ウインドウ上で計算される。

【０００７】対象物の中央モーメントは、対象物の重心
（ＣＯＭ）に一致する原点を持つ座標システムを使うモ
ーメントの計算に適用する。長円画像、回転半径、歪
み、尖度、その他の、より高い次元の中央モーメントか
ら得られる多数の有用な対象物の寸法がある。中央モー
メントを計算するための真っ直ぐで前向きなアプローチ
は、従って、中央モーメントを求める前に、ＣＯＭを求
め、座標システムを整える。ＣＯＭは、代表的には、ｘ
及びｙ方向で以下のように計算される。

【０００８】

【数４】ここで、Ｍ₁₀とＭ₀₁は、１次投影モーメントであり、Ｍ
₀₀は、０次モーメントである。

【０００９】最近，画像処理アルゴリズムをリニアプロ
セッシングアレイ（ＬＰＡ）構造に適応する有効な方法
を見出すための研究が試みられている。代表的なハード
ウェアは、ＳＩＭＤ（Single Instruction Multiple Di
mension:単一命令、複数次元）リニアアレイを含むだろ
う。各要素は、同じ命令セットを制御ユニットから受
け、画像データの１つの列を処理する。明らかな長所
は、データの各列が同時に処理されることである。これ
は、データの各列に対して最初の走査が繰り返される計
算に基づいたモーメントに有用である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】標準的なモーメント基
礎アプローチにおける最も重要な問題は、その計算コス
トである（長さＮの単一走査の加算と、ｍＮの乗算（ｍ
はモーメントの次数））。これは、乗算の実行に関係し
て高いコストとなる単順なシステムにおけるモーメント
計算の性能を制限できる。すべてのシステムにおいて、
計算は、標準ビデオの６４０×４８０画素フレームのよ
うな大きな画像のために、集中的に実行できる。さら
に、計算の負荷は、０次、１次、及び２次の組み合わせ
（９順列）が必要とされるとき、３次及び４次モーメン
トの幾つかの組と同様、著しく増加する。

【００１１】画像中の多数の対象物の存在が、モーメン
トの計算の実行のコストを著しく大きくする。プロセス
に含まれているラベル付けと領域分割の段階が、特に、
対象物が相当に複雑な形状を持つ場合に、長時間を要す
る。これら対象物の各々について、モーメントの次数の
幾つかの順列を計算することが、さらに負荷を増加させ
るだろう。中央モーメントの導入は、各対象物が、異な
る座標系を使用して計算されなければならないので、単
に、システムの複雑さを増加させる。同様に、重心（Ｃ
ＯＭ）の必要性が、より単純な、式（４）における困難
な割り算を行うシステムの使用を制限するだろう。

【００１２】専用のデジタルの光学ハードウェアは、能
率的に対象物のモーメントの計算を実行するために設計
されている。しかしながら、それらは、他の、より高い
次数の関数を実行できない傾向があるので、その様な形
態の使用を正当化することは困難である。一般目的プロ
セッサ、またはリニアプロセッサアレイ（ＬＰＡ）のよ
うな、画像処理アルゴリズムの分野を実行できる専用の
ハードウェアのための技術を開発したほうが良い。ここ
には、計算に基づくモーメントのためのＬＰＡハードウ
ェアを効率的にするため、本質的に２つの考慮すべき問
題がある。第１に、計算の各ステップの動作は、できる
だけ多く並列処理する必要がある。例えば、計算に基づ
くモーメントのｘ方向の水平走査は、ただ１度だけ実行
される。第２に、ハードウェアは、各繰り返しにおい
て、最も適切な対象物を処理すべきである。領域分割ま
たはラベル付けを含む多数の対象物のスキームの実行
は、ウインドウサイズが固定なので、ＬＰＡ上では効率
的でない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様によ
れば、ディジタル処理システムに用いられ、複数の画素
を有する画像中の複数の対象物のモーメント統計を計算
するための高速モーメント計算装置において、対象物画
素集合をソリッド形状に置き換えることによりマスクを
形成するための手段と、マスクと入力画像とを用いて、
各対象物に対してソリッド形状上で、キー画素を選択す
る手段と、各対象物の統計間の分離を維持するためにマ
スクを用いて、入力画像またはモーメント画像の列に沿
ったモーメントを計算し蓄積する手段と、各対象物の統
計間の分離を維持するためにマスクを用いて、入力画像
またはモーメント画像の行に対してモーメントを計算し
蓄積する手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出す
る手段とを有することを特徴とする高速モーメント計算
装置が得られる。

【００１４】本発明の第２の態様によれば、ディジタル
処理システムに用いられ、複数の画素を有する画像中の
複数の対象物のモーメント統計を計算するための高速モ
ーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド
形状に置き換えることによりマスクを形成するための手
段と、マスクと入力画像とを用いて、各対象物に対して
ソリッド形状上で、キー画素を選択する手段と、画像の
下方への走査と画像の上方への走査からモーメントを組
み合わせることと、各対象物の統計間の分離を維持する
ためにマスクを用いることとによって、入力画像または
モーメント画像の列に対するモーメントを求める手段
と、画像の右方向への走査と画像の左方向への走査から
モーメントを組み合わせることと、各対象物の統計間の
分離を維持するためにマスクを用いることとによって、
入力画像またはモーメント画像の行に対するモーメント
を求める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出す
る手段とを有することを特徴とする高速モーメント計算
装置が得られる。

【００１５】本発明の第３の態様によれば、ディジタル
処理システムに用いられ、複数の画素を有する画像中の
複数の対象物のモーメント統計を計算するための高速モ
ーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド
形状に置き換えることによりマスクを形成するための手
段と、マスクと入力画像とを用いて、各対象物に対して
ソリッド形状上で、キー画素を選択する手段と、画像の
下方への走査と画像の上方への走査から画素中心モーメ
ントを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離を
維持するためにマスクを用いることとによって、入力画
像またはモーメント画像の列に対するモーメントを求め
る手段と、画像の右方向への走査と画像の左方向への走
査から画素中心モーメントを組み合わせることと、各対
象物の統計間の分離を維持するためにマスクを用いるこ
ととによって、入力画像またはモーメント画像の行に対
するモーメントを求める手段と、キー画素位置でのモー
メントを抽出する手段とを有することを特徴とする高速
モーメント計算装置が得られる。

【００１６】本発明の第４の態様によれば、ディジタル
処理システムに用いられ、複数の画素を有する画像中の
複数の対象物のモーメント統計を計算するための高速モ
ーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド
形状に置き換えることによりマスクを形成するための手
段と、マスクと入力画像とを用いて、各対象物に対して
ソリッド形状上で、キー画素を選択する手段と、現在の
画素での低次のモーメントと先立つ画素でのすべてのモ
ーメントとの線状の組み合わせとして、走査の各画素で
の画素中心モーメントを求めることと、画像の下方への
走査と画像の上方への走査から画素中心モーメントを組
み合わせることと、各対象物の統計間の分離を維持する
ためにマスクを用いることとによって、入力画像または
モーメント画像の列に対するモーメントを求める手段
と、現在の画素での低次のモーメントと先立つ画素での
すべてのモーメントとの線状の組み合わせとして、走査
の各画素での画素中心モーメントを求めることと、画像
の右方向への走査と画像の左方向への走査から画素中心
モーメントを組み合わせることと、各対象物の統計間の
分離を維持するためにマスクを用いることとによって、
入力画像またはモーメント画像の行に対するモーメント
を求める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出す
る手段とを有することを特徴とする高速モーメント計算
装置が得られる。

【００１７】本発明の第５の態様によれば、ディジタル
処理システムに用いられ、複数の画素を有する画像中の
複数の対象物のモーメント統計を計算するための高速モ
ーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド
形状に置き換えることによりマスクを形成するための手
段と、各対象物の統計間の分離を維持するためにマスク
を用いることと、画像の下方への走査と画像の上方への
走査から画素中心モーメントの最大値を求めることと、
垂直モーメント画像の右方向への走査及び左方向への走
査から画素中心モーメントの最大値を求めることと、右
方向、下方、左方向、及び上方向への走査を用いて各対
象物上の最大値を探すことと、対象物をサイズによって
ランキングし、しきい値を下回るサイズの最小対象物を
切捨てることとによって、求められる重心を用いて、ソ
リッド形状上で、キー画素を選択する手段と、現在の画
素での低次のモーメントと先立つ画素でのすべてのモー
メントとの線状の組み合わせとして、走査の各画素での
画素中心モーメントを求めることと、画像の下方への走
査と画像の上方への走査から画素中心モーメントを組み
合わせることと、各対象物の統計間の分離を維持するた
めにマスクを用いることとによって、入力画像またはモ
ーメント画像の列に対するモーメントを求める手段と、
現在の画素での低次のモーメントと先立つ画素でのすべ
てのモーメントとの線状の組み合わせとして、走査の各
画素での画素中心モーメントを求めることと、画像の右
方向への走査と画像の左方向への走査から画素中心モー
メントを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離
を維持するためにマスクを用いることとによって、入力
画像またはモーメント画像の行に対するモーメントを求
める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出する手
段とを有することを特徴とする高速モーメント計算装置
が得られる。

【００１８】本発明の第６の態様によれば、ディジタル
処理システムに用いられ、複数の画素を有する画像中の
複数の対象物のモーメント統計を計算するための高速モ
ーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド
形状に置き換えることによりマスクを形成するための手
段と、各対象物の統計間の分離を維持するためにマスク
を用いることと、画像の下方への走査と画像の上方への
走査から画素中心モーメントの最大値を求めることと、
垂直モーメント画像の右方向への走査及び左方向への走
査から画素中心モーメントの最大値を求めることと、右
方向、下方、左方向、及び上方向への走査を用いて各対
象物上の最大値を探すことと、対象物をサイズによって
ランキングし、しきい値を下回るサイズの最小対象物を
切捨てることとによって、求められる重心を用いて、ソ
リッド形状上で、キー画素を選択する手段と、画像の下
方への走査と画像の上方への走査からモーメントを組み
合わせることと、各対象物の統計間の分離を維持するた
めにマスクを用いることとによって、入力画像またはモ
ーメント画像の列に対するモーメントを求める手段と、
画像の右方向への走査と画像の左方向への走査からモー
メントを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離
を維持するためにマスクを用いることとによって、入力
画像またはモーメント画像の行に対するモーメントを求
める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出する手
段とを有することを特徴とする高速モーメント計算装置
が得られる。

【００１９】本発明の第７の態様によれば、上述の第１
乃至第６の態様のいずれかに記載の高速モーメント計算
装置において、各プロセッシングエレメントが走査ライ
ンを順次処理するプロセッシングエレメント（ＰＥ）を
持ち、隣接したＰＥからモーメント合計を受けとるま
で、各ＰＥで各走査ラインの処理を遅延させることによ
って、リニアプロセッサアレイ上で水平走査を実施する
ための手段を更に有することを特徴とする高速モーメン
ト計算装置が得られる。

【００２０】本発明の第８の態様によれば、上述の第１
乃至第６の態様のいずれかに記載の高速モーメント計算
装置において、列に沿った走査が対角線の一方向に沿っ
て実行され、行に沿った走査が対角線の逆方向に沿って
実行され、走査が両方向について完了した後、互に隣接
した走査ラインについての走査結果を組合わせる手段を
有することを特徴とする高速モーメント計算装置が得ら
れる。

【００２１】なお、上述のソリッド形状は、例えば、多
角形またはその他の形状である。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例について図面
を参照して説明する。

【００２３】この発明は、画像中の多数の対象物のモー
メントを能率的に計算するための装置を提供する。図１
において、入力画像（１００）が、通常、対象物を区分
するために使用されるウインドウマスクを形成するため
に、フィルタリングされ、しきい値処理される（１０
１）。マスク内の対象物に一致する画素の集まりが、１
に等しい値を持つソリッド形状で置き換えられ（１０
２）、背景は０にされる。点が、モーメントの情報を抽
出するために、各ソリッド形状の上で求められ（１０
３）、これらは、キー画素として指定される（１０
４）。入力画像（１００）とマスクは、垂直に走査さ
れ、対応するマスクの画素（ビット）が１の値を持つな
らば、モーメント合計は増加し、それ以外は合計は０に
リセットされる（１０５）。マスクと垂直モーメント画
像は、マスクの値が１に等しい画素の水平モーメントの
計算に使用され、それ以外は、合計は０にリセットされ
る（１０６）。マスクの値が０のとき、モーメント合計
を０にリセットすることは、情報が対象物の間で伝搬す
ることを防ぐ（１０５、１０６）。キー画素を含む水平
ラインのためだけにモーメント値をストアすることが、
必要とされる保存を制限する（１０５、１０６）。結果
としてのモーメント画像が、キー画素の位置で、様々な
対象物のモーメント（１０８）を求めるためのサンプル
にされる（１０３）。

【００２４】本発明で使用される幾つかの用語を図２を
参照して説明する。船と飛行機の対象物（１０９）が、
マスク（１１０）においてソリッド形状に置き換えら
れ、各長方形の１つ角が、キー画素（１１３）として指
定される。マスクは、ソリッド形状の外側（１１１）で
０の値を、ソリッド形状の内側（１１２）で１の値を持
つ。さらに、キー画素行（１１４）は、キー画素（１１
３）を含むマスク画像中にある。

【００２５】本発明の最大の貢献は、３つの方法で計算
を単純化することにより、多数の対象物モーメントの計
算の効率を増加させることである。第１に、この技術
は、複雑なラベル付けのルーチンのための必要性を制限
する、モーメントの統計量を分離しておくために、対象
物間の空間の距離を利用する。第２に、２値マスクが、
統計量を、複雑なルックアップテーブルまたは領域分割
を無視して、独立して計算するために調べられる。第３
に、使用されるデータ構造は、対象物よりもむしろ画像
画素の位置に一致し、これは、先の情報と、計算を分散
させること、の必要性を減少させる。その結果、モーメ
ントは、多数対象物のために、より単順な一般のハード
ウェア上で、従来行われていたよりも早く計算される。

【００２６】本発明の第２の構成要素は、一連の画像走
査におけるモーメントを計算するために使用される技術
にある。明らかなアプローチは、一方向（上または下）
の垂直モーメント走査と、一方向（右または左）の水平
走査により計算を行う。これは、キー画素に伝達する情
報を保証するために、走査線に平行な外形を持つ図１の
マスクウインドウの使用を必要とする。我々は、反対方
向の一対の走査を用いたモーメントの計算を履行するこ
とによって、この問題を解決する（即ち、図１の１０５
及び１０６）。情報は、モーメント情報が重心で抽出さ
れることを許す対象物の中心の方へ伝えられる。これ
は、各対象物に対してウインドウを実施するために、不
規則な形状のマスクの使用を可能にする。

【００２７】新たな走査のアプローチは、図１におい
て、走査モジュールを置き換える（１０５、１０６）こ
とにより実行される。図３に示されるように、入力画像
（２００）とマスク（２０２）は、下向きに走査され、
モーメント合計は、マスク値が１であれば増加し、その
他では、合計は０にリセットされる（２０３）。これ
は、上向きの走査において繰り返され（２０４）、奇数
モーメントは、望まれるなら、測定される（２０５）。
２つの走査の結果は、図１におけるキー画素行（１０
５）のための垂直モーメント計算を完全にするために加
算される（２０６）。垂直モーメント画像（２０６）と
マスク（２０８´）は、右方向へ走査され、モーメント
合計は、マスク値が１であれば増加し、その他では、合
計は０にリセットされる（２０８）。これは、左向きに
おいて繰り返され（２０９）、奇数モーメントは、望ま
れるなら、測定される（２１０）。２つの走査の結果
は、図１の（１０６）で行われたように、キー画素行
（２１２）のための垂直モーメント計算を完全にするた
めに加算される（２１１）。図１の（１０３）において
モーメントをサンプリングするための、キー画素の位置
は、今、図４に示されるように、重心として定義される
（２１５）。

【００２８】１次元のモーメント計算を実行するため
に、一対の走査を導入することにより、不規則な対象物
ウインドウの使用を許すことは以下に述べる長所があ
る。第１に、不規則な形状のマスクは、形態学のルーチ
ンを使いフィルタリングされた画像から容易に得ること
ができる。第２に、不規則な形状の対象物マスクは、対
象物モーメント情報の重複もなく、もっとぴったりと詰
め込まれることができる。結果として、これは、実行ス
ピードと同様、アルゴリズムの適用の一般性を増加させ
るだろう。

【００２９】本発明の第３の構成要素は、中心に画素を
置く座標を使用し、画素の位置に値を保持して、ただち
にモーメントを計算している。これは、図１のモーメン
ト計算モジュール（１０５、１０６）に一致する。線領
域上のそれぞれの点のための中央モーメントは、画素ｎ
に関して、式（２）におけるスカラー量を標準化するこ
とにより以下のように求められる。

【００３０】

【数５】ここで、１とＮとは、最初と最後の画素を示し、ｍは、
モーメント次数である。モーメントは、また、２つのデ
ータ走査と訂正要素に以下のように分解される。

【００３１】

【数６】ここで、

【００３２】

【数７】訂正ファクターは、（ｒ−ｎ）^mｆ［ｎ］が、ｍ＝０の
ときのみ０でないので、０次にのみ適用する。より高い
次数のモーメントは、単純に、反対方向でない、式
（７）の同一の２つの走査の合計で求められる。

【００３３】画素中心モーメントは、図３において、走
査モジュール（２０３、２０４、２０８、２０９）と測
定モジュール（２０５、２１０）を置き換えることによ
り得られる。走査モジュールは、図５に示される、画素
中心モーメントアルゴリズムによって代用される。入力
画像（３００）とマスク（３０１）画素は、メモリから
取り出される（３０２）。もし、画素のマスク値が０な
らば（３０３）、画素カウンターｎとモーメントＭｍ
は、共に０にリセットされる。さもなければ、画素カウ
ンターｎは、インクレメントされ、モーメント合計は、
式（７）を用いて計算される（３０５）。式（６）の画
素中央モーメントを得るために、第２の走査が、奇数走
査のみを生じさせる（−１）^mによって、スケールされ
なければならない。これは、図３の測定モジュール（２
０５、２１０）を図６のモジュール（３０９）と置き換
えることにより成し遂げられる。

【００３４】画素中心モーメント計算を導入することの
主要な貢献は、多数の対象物のための中央モーメントを
並列に計算することが可能になることである。様々な対
象物のための中央モーメントは、図４に示されるよう
に、各画素（２１５）の重心をサンプリングすることに
よって、画素中心から容易に抽出できる。これは、シス
テムの計算の複雑さを増加させるような、対象物を領域
分割し、異なる座標の組を使用してモーメントを計算す
る必要性を除去する。

【００３５】本発明は、対象物上の各画素での、画素中
心モーメントを計算するための有効な技術を促進する。
長さＮの線領域のすべての画素のためのゼロより大きい
モーメントを求めるための、式（７）を用いた直接の計
算は、ｍ（Ｎ−１）²の乗算と加算とを必要とする。こ
れは、標準的なモーメント方程式のｍＮの乗算とＮの加
算よりも相当にコストがかかる。与えられた画素のため
のより高い中央モーメントは、すでに計算されたモーメ
ントによって解決される。これは、下記のように、モー
メントを分解することにより行われた。

【００３６】

【数８】変形すると、

【００３７】

【数９】図７は、画素中心モーメントを高速計算するための実施
を示す。計算モジュール（４００）は、先の画素のデー
タ走査（４０１）からモーメント値を入力し、現在のモ
ーメント値（４０２）を出力する。各モーメントが、先
のモーメント値または低次の現在のモーメント値の、重
み付けされた組み合わせとして求められる（４０３）。
重み構造は、各モーメント次数で異なることに気付かな
ければならない。フィードバック接続（４０４）は、デ
ータ走査が完了するまで、各繰り返しのためのモーメン
ト値が、次の繰り返しで使用されることを示す。

【００３８】この高速モーメントアルゴリズムは、２つ
の方法で、発明全体の有益に貢献する。第１に、それ
は、画素中心モーメントを計算することを、標準的なモ
ーメント方程式よりもっと効率的に行うことを可能にす
る。第２に、それは、モーメント計算（重みは固定）に
おける乗算を除去でき、その結果、必要なハードウェア
を簡略化するだろう。これらの点の両方が、性能を、従
来の実施以上にすぐれたものとする。

【００３９】本発明は、画像中の多数の対象物の重心
（ＣＯＭ）を計算するために、近似技術を導入する。こ
れは、０次または１次の画素中心画像走査を使用するこ
とにより実現される。図８は、図１のキー画素モジュー
ル（１０３）に相当する、図４の重心モジュール（２１
５）の詳細を示す。先に実施されたように、入力画像
（５００）は、対象物の統計を分離された状態に保つよ
うに、入力マスク（５０１）を用いて、下（５０２）と
上（５０３）に走査される。最大点のある点が、２つの
データ走査（５０２、５０３）から計算される。結果画
像（５０４）は、各対象物の境界から垂直距離の画素測
定により、画素を生じる。入力として、右（５０５）と
左（５０６）の水平走査が使用される。次の最大動作
（５０７）は、すべての方向における境界からの重み付
けされた距離測定を生み出すだろう。各対象物上の最大
値の位置は、ほぼ対象物の重心である。これは唯一の興
味深い点であるので、対象物の最大値が、４つの方向
（右、下、左、上）の隣接したマスク画素に伝えられ、
最小値を持つ画素は除去される（５０８）。そして、こ
のアルゴリズムは、別の対象物の重心を表す残りの画素
値（５０９）をランキングする。しきい値処理工程が、
画像中の小さいまたは誤っている対象物を除去するため
に加えられ（５１０）、キー画素位置が出力される（５
１１）。

【００４０】重心近似法は、この発明において、重要な
役割を果たす。重心画素位置は、図１に見られるよう
に、モーメント中心データを抽出する（１０７）ために
重要である。このアルゴリズムは、ラベル付けや領域分
割を必要とすることなく、重心によって対象物を見極め
る。重心の測定は、また、大きさ（重量）により対象物
を分類するための、早く簡単な測定を供給する。加え
て、それは、分割動作（式（４））を必要とする標準重
心技術よりも有利な重心計算を提供する。分割は、単純
なハードウェア構成における、計算コストを高価にす
る。

【００４１】本発明は、２つのアプローチを用いて、上
記モーメント計算アプローチを、リニアプロセッサアレ
イ（ＬＰＡ）構造に、効果的に適合させる。そのアルゴ
リズムの垂直走査は、明らかに、各処理素子が１データ
行（図３の２０３と２０４、図８の５０２と５０３）を
処理するハードウェア上で並列に導かれ得る。データ
が、隣接したプロセッサ間で移されなければならないの
で、水平走査は、全く異なる問題である。この論議は、
水平走査モジュール（図３の２０８、２０９、図８の５
０５、５０６）に当てはまる。図９は、１処理素子時間
遅延という速い連続の水平走査を扱うアプローチの詳細
を示す。第１の処理素子（ＰＥ）が、キーライン１上の
画素１を処理した後（６０２）、合計は、キーライン１
上の画素２を処理する第２のＰＥに渡される（６０
２）。その間、第１のＰＥは、キーライン２の画素１を
処理する。次の繰り返しにおいて、第１のＰＥは、キー
ライン３の画素１を処理し（６０４）、第２のＰＥは、
キーライン２の画素２を処理し、そして、第３のＰＥ
は、キーライン１の画素３を処理する（６０７）。この
処理は、すべての走査ラインが、すべてのＬＰＡ素子を
横切って伝えられるまで続けられる。

【００４２】第２のアプローチにおいて、本発明は、対
角方向の走査を用いて、ＬＰＡ上でモーメント計算を実
行する。これは、画像が下方向／上方向に走査されるよ
うに、データの結果を水平方向に隣接する処理素子に渡
すことによって成し遂げられる。図１０はこのスキャン
方向の変更を示している。下と上の走査（７００、７０
１）は、斜めの下と上の走査に置き換えられる。これ
は、垂直走査モジュール（図３の２０３、２０４、図８
の５０２、５０３）に影響するだろう。右と左の走査
（７０２、７０３）は、逆の下と上の対角走査に置き換
えられる。これは、図２と図５の水平走査モジュールの
変形である。このアプローチに潜在する一つの問題は、
対角走査が、奇数と偶数の走査が独立した合計（和）を
生じるような、チェッカーボードパターンを形成するこ
とである。これは、奇数走査ラインが黒で、奇数走査ラ
インが白で表される、図１１に示される。この問題は、
奇数と偶数の対角走査の結果を平均することにより解決
される。図１２は、図３の最終合計モジュール（２１
１）に対応する変形合計モジュール（７０４）と、図８
の最終最大モジュールを置き換えるための変形最大モジ
ュール（７０５）とを示す。

【００４３】本発明のこの最終構成要素は、リニアプロ
セッサアレイ構造（ＬＰＡ）上の中央モーメント基本計
算を能率的に履行することを可能にする。これは、他の
高いレベルの動作を実行できない特殊化されたハードウ
ェアに頼ることなく、モーメント計算を速くすることが
できるだろう。第１の技術は、行のサイズと列のサイズ
と行の数の和の関数に対応するコストがかかる。これに
対し、第２のアプローチの計算時間は、行のサイズと列
のサイズの和に比例する。これら２つとも、行のサイズ
と行の数の積と列のサイズとの和の関数に対応するコス
トがかかる標準実行法よりも良い。

【００４４】次に、図１３を参照して、画像中の多数の
対象物のモーメントを計算するための方法を第１の例と
して説明する。図１３において、入力画像（８００）
は、フィルタリングされ、閾値処理され、ウインドウマ
スクが形成される（８０１）。ラベル付けルーチンが、
画素を、対象物に一纏めにするために使用され、各グル
ープは、それを含む最も小さな長方形に置き換えられる
（８０２）。キー画素の位置は、長方形の右下の角であ
る（８０３）。標準垂直モーメント走査が、マスク値１
の画素のために、入力画像（８００）モーメント上で行
われ、さもなければ合計を０にリセットする（８０
５）。マスクと垂直モーメント画像は、マスク値１の画
素の水平モーメントを計算するために使用され、さもな
ければ合計を０にリセットする（８０６）。すべての計
算結果は、キー画素を含む水平行に蓄積される（８０
３）。結果画像は、キー画素の位置で、様々な対象物の
モーメントを知るためのサンプルにされる。

【００４５】次に、図１４を参照して、ブロッブ対象物
を持つマスクを使って中心モーメントを計算するための
方法を第２の例として説明する。図１４において、入力
画像（９００）は、フィルタリングされ、閾値処理さ
れ、ウインドマスクが形成される（９０１）。２値ウイ
ンドウ操作は、以下のＡ）〜Ｃ）から成る。Ａ）対象物
内の穴を埋める。Ｂ）浸食形態学を用いてノイズ画素を
除去する。Ｃ）対象物が窪んだ外観を持つまで画像を広
げる。キー画素の位置は、図８に詳述された重心ルーチ
ンによって見つかる（９０３）。画素中心垂直モーメン
トが、マスク値１の画素に対して計算され、さもなけれ
ば合計を０にする（９０５）。マスクと垂直モーメント
画像は、マスク値１の画素の画素中心水平モーメントを
計算のために使用され、さもなければ合計を０にリセッ
トする（９０６）。結果画像は、重心位置（９０３）
で、様々な対象物のモーメントを見つけるためのサンプ
ルになる（９０８）。

【００４６】次に、図１５を参照して、画素中心モーメ
ントを見付けるための１次元走査を実行するための詳細
を第３の例として説明する。図１５は、長さ３画素及び
５画素の２つの２値ラインセグメントの単純な場合を図
示する（１０００）。この場合のマスクが、入力画像と
同じであると仮定する。下向きの走査において、カウン
ターｎ（１００１）と１次モーメントＭ´₁は、一般
に、ラインセグメントの各画素で増加する（１００
２）。その値は、独立する２つのラインセグメントの計
算が対象物でない画素に達したとき、０にリセットされ
る。このプロセスは、上向きの走査において繰り返され
（１００３）、鏡像のような結果が得られる（１００
４）。画素中心１次モーメントが、下向きの走査（１０
０２）から上向きの走査（１００４）を減じることによ
って見つかる（１００５）。その結果は、各ラインセグ
メントに中央の画素がある場合、１次中心モーメントが
ゼロであると確認できる。

【００４７】初めに述べたように、この発明は、先に計
算された画素によって、各画素で画素中心モーメントを
計算する。このことについて図１６を参照して説明す
る。図１６は、モーメント（９００）を計算するための
幾つかの形態を示す。０次より大きい次元（１１０１）
に対しては、対象物上の第１画素は０のモーメント値を
持つ（１１０２）。これは、式（７）によって確認でき
る。残りの画素のモーメントは、以前の、または、現在
のモーメントによって表される（１１０３）。ラインセ
グメントＮ画素長の処理に要するコストは、加算（和）
処理として表に示される（１１０４）。計算の総数は、
ｍ（Ｎ−１）の乗算と（Ｎ−１）の加算のコストを要す
る単一走査標準モーメント計算に匹敵する。しかしなが
ら、これは、加算よりも乗算に対するより高い計算コス
トをもつ、より単純なシステムに対する性能上の長所へ
と変換するだろう。

【００４８】次に図１７を参照して、多数の対象物の重
心（ＣＯＭ）を見付けるために使用される１次元の走査
を、第４の例として説明する。図１２は、前述の２つの
２値ラインセグメント（１２００）の単純な場合を示
す。この場合も、マスクは、入力画像と同じであると仮
定される。下向きの走査（１２０１）において、０次モ
ーメントＭ´₀は、ラインセグメントの各画素で増加す
る（１２０２）。前述のように、その値は、対象物でな
い画素に達したとき直ちにゼロにリセットされる。この
プロセスは、上向きの走査（１２０３）において繰り返
され、鏡像のような結果が得られる（１２０４）。画素
ごとの最大値が、先の２つの走査から計算される（１２
０５）。結果のピーク値が、１次元の場合で見つかるな
らば、最大値は、各ラインセグメントの中央に存在する
（１２０５）。この中央値は、長いセグメントほど大き
く、これにより、その量が、サイズによる対象物のラン
キングに使用することができることに気付かなければな
らない（１２０５）。

【００４９】次に図１８を参照して、画素中心モーメン
トを計算するための一般的な計算法を説明する。図１８
において、４つのブロッブ型対象物（１３０１）を含む
入力マスクが示される（１３００）。黒いブロッブ領域
（１３０１）は、一画像におけるすべての対象物の位置
と大体の形を表す。最初のモーメントパスにおいて、入
力画像（図示せず）とマスクの各列は、下向き及び上向
きに走査される（１３０２）。これは、いくつかの平行
で両方向の矢印を持つ垂直ラインで表される（１３０
３）。次のモーメントパスにおいて、結果画像が、平行
な両方向矢印をもつ水平ライン（１３０５）で示される
ように、右及び左へ向かって水平方向に走査される（１
３０４）。この場合、走査は、対象物の重心（ＣＯＭ）
を含むライン上で実行される。本発明は、図１で述べた
ように、ＣＯＭの位置（１０７）での中心モーメント情
報を抽出するのみであるので、他の水平走査線は不要で
ある。

【００５０】次に図１９及び図２０を参照して、計算に
基づくモーメントをリニアプロセッサアレー（ＬＰＡ）
ハードウェアに適合させるための２つの計算法を最後の
例として説明する。図１９は、上述のように、４つの対
象物を含む入力マスク上で実行するための第１の技術を
示す。最初のモーメントパスにおいて、入力画像（図示
せず）とマスクの各列が下向き及び上向きに走査される
（１４００）。これらの走査は、ＬＰＡによって並列に
実行できる（１４０１）。次のモーメントパスにおいて
（１４０２）、結果画像が、右及び左へ水平に走査され
る。この走査は、不規則な水平線（これは走査線間での
１処理エレメント処理遅れを示す）で示される（１４０
３）。図２０は、同じマスク画像に対する斜め走査線技
術を示す。使用される走査方向（１４０５、１４０７）
は、画像マスクに対していずれも４５°をなし、互いに
９０°の角度を成す。最初と最後のいずれの走査もＬＰ
Ａ上で並列に完全に実行できる（１４０４、１４０
６）。これは、モーメントアルゴリズムを高速実行させ
る結果となる。

【００５１】本発明は、以上に、画像中の多数の対象物
のモーメントを計算するための能率的な方法を提案し
た。即ち、入力画像は、通常、対象物の領域分割に使用
されるウインドウマスクを形成するためにフィルタリン
グされ、閾値処理される。マスク内の対象物に対応する
画素の集まりは、ソリッド形状で置き換えられる。各対
象物上のキー画素位置がマスク及び入力画像から決定さ
れる。マスク及び入力画像は垂直に走査され、モーメン
ト合計は、マスク画素（ビット）が１の値を有するなら
ば増加し、さもなければその合計は０にリセットされ
る。マスクと垂直モーメント画像は、マスク値が１の画
素の水平モーメントの計算のために使用され、さもなけ
れば合計は０にリセットされる。マスク値が０のときモ
ーメント合計を０にリセットすることは、対象物間の情
報の伝搬を防止する。キー画素を有する水平方向のライ
ンに対してのみモーメント値をストアすることは、必要
とされる記憶容量を少なくする。結果としてのモーメン
ト画像は、キー画素の位置で、様々な対象物のモーメン
トを見付けるためのサンプルとされる。

【００５２】この発明の最大の貢献は、３つの方法によ
る計算の簡略化により、多数の対象物モーメントの計算
の効率を向上させたことである。第１に、この技術は、
複雑なラベル付けルーチンの必要性を抑制し、モーメン
ト統計を分離された状態に保つために、対象物間の空間
的な距離を利用する。第２に、２値マスクが、複雑なル
ックアップテーブルまたは領域分割を用いることなく、
統計を独立して計算するために調べられる。第３に、使
用されるデータ構造は、対象物よりもむしろ画像画素位
置に対応し、これは、以前の情報の必要性を減少させ、
計算を分散する。その結果、モーメントは、多数の対象
物に対して、より単純な一般のハードウェアで、以前行
われていたよりも高速で計算できる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単なハードウェアで高速に対象物のモーメント統計を計
算できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】単一画像中の多数の対象物のモーメント統計を
計算するための本発明の方法を説明するための図であ
る。

【図２】本発明及び従来の方法を説明するために使用す
る図である。

【図３】各対象物の重心（ＣＯＭ）が対象物統計をサン
プルに使用できるように、モーメントの走査を分解する
本発明の方法を説明するための図である。

【図４】図３において分解されたモーメント走査に対す
るキー画素サンプリングスキームを説明するための図で
ある。

【図５】単一走査における各画素に対する画素中心モー
メントを計算するための本発明の方法を説明するための
図である。

【図６】図５において２つの走査に分解されたとき、奇
数モーメントに適用される走査ファクターを説明するた
めの図である。

【図７】以前に計算された画素中心モーメントを参照し
て、画素中心モーメントを計算するための本発明による
高速アルゴリズムを説明するための図である。

【図８】多数の対象物のＣＯＭ（重心）を同時に計算す
るための本発明による技術を説明するための図である。

【図９】リニアプロセッサアレー（ＬＰＡ）ハードウェ
アに水平モーメント走査を適合させるための本発明によ
るアプローチを説明するための図である。

【図１０】走査方向を変更することにより、ＬＰＡハー
ドウェアにモーメント走査を適合させるための本発明に
よるアプローチを説明するための図である。

【図１１】本発明による対角線走査から得られるチェッ
カーボードパターンを説明するための図である。

【図１２】対角線走査におけるチェッカーボードパター
ンの影響を矯正するための本発明の方法を説明するため
の。

【図１３】単一画像中の多数の対象物のモーメント統計
を計算するための本発明の方法による例を説明するため
の図である。

【図１４】単一画像中の多数の対象物の中心モーメント
を計算するための本発明の方法による例を説明するため
の図である。

【図１５】反対方向の２つの走査を用いて１次モーメン
トを求める詳細な例を説明するための図である。

【図１６】本発明に従って、以前に計算された画素中心
モーメントを参照して画素中心モーメントを計算した際
の詳細なコスト分析を説明するための図である。

【図１７】１次元データ走査を用いたＣＯＭ（重心）計
算を本発明に従って実施する際の詳細な例を説明するた
めの図である。

【図１８】標準ハードウェアでの画素中心モーメント計
算のための本発明の方法を説明するための図である。

【図１９】本発明に従ってＬＰＡハードウェアに画素中
心モーメント計算を適合させるための最初のアプローチ
を説明するための図である。

【図２０】本発明に従ってＬＰＡハードウェアに画素中
心モーメント計算を適合させるための２番目のアプロー
チを説明するための図である。

【符号の説明】

１０９対象物（船と飛行機）１１０マスク１１３キー画素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディジタル処理システムに用いられ、複
数の画素を有する画像中の複数の対象物のモーメント統
計を計算するための高速モーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド形状に置き換えることにより
マスクを形成するための手段と、マスクと入力画像とを用いて、各対象物に対してソリッ
ド形状上で、キー画素を選択する手段と、各対象物の統計間の分離を維持するためにマスクを用い
て、入力画像またはモーメント画像の列に沿ったモーメ
ントを計算し蓄積する手段と、各対象物の統計間の分離を維持するためにマスクを用い
て、入力画像またはモーメント画像の行に対してモーメ
ントを計算し蓄積する手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出する手段とを有する
ことを特徴とする高速モーメント計算装置。
【請求項２】ディジタル処理システムに用いられ、複
数の画素を有する画像中の複数の対象物のモーメント統
計を計算するための高速モーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド形状に置き換えることにより
マスクを形成するための手段と、マスクと入力画像とを用いて、各対象物に対してソリッ
ド形状上で、キー画素を選択する手段と、画像の下方への走査と画像の上方への走査からモーメン
トを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離を維
持するためにマスクを用いることとによって、入力画像
またはモーメント画像の列に対するモーメントを求める
手段と、画像の右方向への走査と画像の左方向への走査からモー
メントを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離
を維持するためにマスクを用いることとによって、入力
画像またはモーメント画像の行に対するモーメントを求
める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出する手段とを有する
ことを特徴とする高速モーメント計算装置。
【請求項３】ディジタル処理システムに用いられ、複
数の画素を有する画像中の複数の対象物のモーメント統
計を計算するための高速モーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド形状に置き換えることにより
マスクを形成するための手段と、マスクと入力画像とを用いて、各対象物に対してソリッ
ド形状上で、キー画素を選択する手段と、画像の下方への走査と画像の上方への走査から画素中心
モーメントを組み合わせることと、各対象物の統計間の
分離を維持するためにマスクを用いることとによって、
入力画像またはモーメント画像の列に対するモーメント
を求める手段と、画像の右方向への走査と画像の左方向への走査から画素
中心モーメントを組み合わせることと、各対象物の統計
間の分離を維持するためにマスクを用いることとによっ
て、入力画像またはモーメント画像の行に対するモーメ
ントを求める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出する手段とを有する
ことを特徴とする高速モーメント計算装置。
【請求項４】ディジタル処理システムに用いられ、複
数の画素を有する画像中の複数の対象物のモーメント統
計を計算するための高速モーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド形状に置き換えることにより
マスクを形成するための手段と、マスクと入力画像とを用いて、各対象物に対してソリッ
ド形状上で、キー画素を選択する手段と、現在の画素での低次のモーメントと先立つ画素でのすべ
てのモーメントとの線状の組み合わせとして、走査の各
画素での画素中心モーメントを求めることと、画像の下
方への走査と画像の上方への走査から画素中心モーメン
トを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離を維
持するためにマスクを用いることとによって、入力画像
またはモーメント画像の列に対するモーメントを求める
手段と、現在の画素での低次のモーメントと先立つ画素でのすべ
てのモーメントとの線状の組み合わせとして、走査の各
画素での画素中心モーメントを求めることと、画像の右
方向への走査と画像の左方向への走査から画素中心モー
メントを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離
を維持するためにマスクを用いることとによって、入力
画像またはモーメント画像の行に対するモーメントを求
める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出する手段とを有する
ことを特徴とする高速モーメント計算装置。
【請求項５】ディジタル処理システムに用いられ、複
数の画素を有する画像中の複数の対象物のモーメント統
計を計算するための高速モーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド形状に置き換えることにより
マスクを形成するための手段と、各対象物の統計間の分離を維持するためにマスクを用い
ることと、画像の下方への走査と画像の上方への走査か
ら画素中心モーメントの最大値を求めることと、垂直モ
ーメント画像の右方向への走査及び左方向への走査から
画素中心モーメントの最大値を求めることと、右方向、
下方、左方向、及び上方向への走査を用いて各対象物上
の最大値を探すことと、対象物をサイズによってランキ
ングし、しきい値を下回るサイズの最小対象物を切捨て
ることとによって、求められる重心を用いて、ソリッド
形状上で、キー画素を選択する手段と、現在の画素での低次のモーメントと先立つ画素でのすべ
てのモーメントとの線状の組み合わせとして、走査の各
画素での画素中心モーメントを求めることと、画像の下
方への走査と画像の上方への走査から画素中心モーメン
トを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離を維
持するためにマスクを用いることとによって、入力画像
またはモーメント画像の列に対するモーメントを求める
手段と、現在の画素での低次のモーメントと先立つ画素でのすべ
てのモーメントとの線状の組み合わせとして、走査の各
画素での画素中心モーメントを求めることと、画像の右
方向への走査と画像の左方向への走査から画素中心モー
メントを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離
を維持するためにマスクを用いることとによって、入力
画像またはモーメント画像の行に対するモーメントを求
める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出する手段とを有する
ことを特徴とする高速モーメント計算装置。
【請求項６】ディジタル処理システムに用いられ、複
数の画素を有する画像中の複数の対象物のモーメント統
計を計算するための高速モーメント計算装置において、対象物画素集合をソリッド形状に置き換えることにより
マスクを形成するための手段と、各対象物の統計間の分離を維持するためにマスクを用い
ることと、画像の下方への走査と画像の上方への走査か
ら画素中心モーメントの最大値を求めることと、垂直モ
ーメント画像の右方向への走査及び左方向への走査から
画素中心モーメントの最大値を求めることと、右方向、
下方、左方向、及び上方向への走査を用いて各対象物上
の最大値を探すことと、対象物をサイズによってランキ
ングし、しきい値を下回るサイズの最小対象物を切捨て
ることとによって、求められる重心を用いて、ソリッド
形状上で、キー画素を選択する手段と、画像の下方への走査と画像の上方への走査からモーメン
トを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離を維
持するためにマスクを用いることとによって、入力画像
またはモーメント画像の列に対するモーメントを求める
手段と、画像の右方向への走査と画像の左方向への走査からモー
メントを組み合わせることと、各対象物の統計間の分離
を維持するためにマスクを用いることとによって、入力
画像またはモーメント画像の行に対するモーメントを求
める手段と、キー画素位置でのモーメントを抽出する手段とを有する
ことを特徴とする高速モーメント計算装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の高速モ
ーメント計算装置において、各プロセッシングエレメントが走査ラインを順次処理す
るプロセッシングエレメント（ＰＥ）を持ち、隣接した
ＰＥからモーメント合計を受けとるまで、各ＰＥで各走
査ラインの処理を遅延させることによって、リニアプロ
セッサアレイ上で水平走査を実施するための手段を更に
有することを特徴とする高速モーメント計算装置。
【請求項８】請求項１〜６のいずれかに記載の高速モ
ーメント計算装置において、列に沿った走査が対角線の一方向に沿って実行され、行に沿った走査が対角線の逆方向に沿って実行され、走査が両方向について完了した後、互に隣接した走査ラ
インについての走査結果を組合わせる手段を有すること
を特徴とする高速モーメント計算装置。