WO2000049569A1

WO2000049569A1 - Procede servant a extraire les caracteristiques d'une image binaire

Info

Publication number: WO2000049569A1
Application number: PCT/JP2000/000949
Authority: WO
Inventors: Chiaki Todaka
Original assignee: Nippon Chemi-Con Corporation
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2000-08-24
Also published as: JP2000242798A; EP1178433A1; JP4221534B2; US6973259B1

Description

明細書

2値画像の特徴量抽出方法技術分野本発明は、画像処理装置等に使用される画像デ一夕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ェリァ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。背景技術従来、 C C D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。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夕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。

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。

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つて、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— 2 0 8 6 2 3号公報)。

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、画像デ一夕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一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。

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。

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 A 1の面積 S Iおよび画像エリア A 2の面積 S 2をそれぞれ示す。

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 A 1の周囲長 L 1 およびエリア A 2の周囲長 L 2をそれぞれ示す。

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 A 1の上端座標（X lu， Y lu)、左端座標（X I I , Y l l)、下端座標（X ld， Yld)、右端座標（X l r, Y l r) および画像エリア A 2の上端座標（X2u， Y 2u) , 左端座標（X21， Y21)、下端座標（X2d， Y2d)、右端座標（X2r， Y2r) をそれぞれ示す。

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、画像ェリァ間の距離の計算等に役立つ。

図 1 0において、画像エリア A 1の重心位置座標（X lg， Y lg) および画像ェリア A 2の重心位置座標（X2g， Y2g) をそれぞれ示す。

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 0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。

但し、 m_ax = ，l，2,3

但し、

N

^ ⁼ム ^xi

Syy =∑ ?

i=l

N

^Sxy =∑ XJi

i=l

図 1 1において、画像エリア A 1の 2次モーメント（a l， b l， θ 1 ) および画像エリア A 2の 2次モーメント（a 2， b 2， θ 2) をそれぞれ示す。

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ェリアに属する場合にその画像ェ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ヤ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フレーム全体に亘つて、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、それぞれ画像ェリァ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ェリァ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。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スキヤンすることにより、所要の特徴量を各ェリァ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。発明の開示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夕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 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ェリアに属する場合にその画像ェリアのェリァ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ァ番号を同一のェリァ番号に整合させ、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ェリァ毎に特徴量を記憶することを特徴とする。

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。

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。さらに、前記画像デ一夕の 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ァ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ェリアの準画像ェリアとして設定することがでさる。

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ァ番号を共通のエリァ番号に整合させることができる。図面の簡単な説明図 1は、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一夕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ェ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一夕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一夕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発生状態を示す画像デ一夕の説明図である。

図 6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一夕の説明図である。

図 8は、 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ェリァの面積および周囲長をそれぞれ示す画像デ一夕の説明図である。図 9は、 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 1 0は、 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 1 1は、 2値画像の特徴量抽出方法における画像デ一夕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。発明を実施するための最良の形態次に、本発明に係る 2値画像の特徴量抽出方法を実施するための最良の形態につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

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形態を示すものであり、特徴量を抽出するための各画像エリァ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、本実施形態において、 2値画像の特徴量としては、前述した各画像エリア A n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。

従って、図 1に示す画像エリア A nのおいて、画像デ一夕の特徴量は、画像ェ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。

次に、 2値画像の特徴量の抽出方法について説明する。

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、ラインスキヤンする場合、例えば座標（X j , 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 A n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。

(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ィンクリメン卜する (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）

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 A n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_,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 A n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 A 1を発生させる。

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— ,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 が画像エリア A 2を持つていれば、当該画素 Anはその横画像エリア A 2を継承する〔図 3の（a) 参照〕。また、当該画素 Anに対し、直上の画素 An+1 が画像エリア A 2を持っていれば、当該画素 Anはその直上の画像エリア A 2を継承する〔図 3の（b) 参照〕。さらに、当該画素 Anに対し、 1つ前の画素 An および直上の画素 An+1がそれぞれ画像エリア A 1および A 2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 A 2を優先（上方向優先）して、その直上の画像エリア A 2を継承する〔図 3の（c) 参照〕。

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、画像デ一夕の 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、前記画像エリァ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ェリア A 2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、デ一夕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。

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、画像ェリア毎に図 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。

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」等の画像デ一夕に対しては必要である。

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。

( a ) 連結画像エリアの発生

図 5に示すように、当該画素 A n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 A n _+I、 A n ₊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。

( 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 A n +1 が画像エリア A2. 0 を持つていれば、当該画素 A nとその後の画素 A n_+I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。

( 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、異なるエリァ番号となっている場合には、ラインバッファを逆スキヤンすることにより、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。

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、画像エリァ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ァの面積、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。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は前記実施形態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。産業上の利用可能性前述した実施形態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一夕をラス夕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 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ヤ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ァ毎に特徴量を記憶することにより、 2値画像データを 1スキヤンすることにより、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。

Claims

請求の範囲

1 . 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夕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 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ェリァに属する場合にその画像ェリアのェリァ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ェリァ毎に特徴量を記億することを特徵とする 2値画像の特徴量抽出方法。

2 . 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ェリアのェリァ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。

3 . 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、隣接する画像ェ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。

4 . 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ァが終了すると共に、 1つ前のラインの直上の画素が所要のェリァ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ェリァの準画像ェ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。

5 . 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。