(57)【要約】【課題】明暗境界を有する画像にノイズが多量に含まれている場合であっても、明暗境界線の直線性を評価できる直線性評価装置および直線性評価方法を提供する。【解決手段】本発明の直線性評価装置は、境界線作成手段６と、境界線分割手段７と、折れ線近似手段８と、直線性算出手段９と、を有する。境界線作成手段は、明暗境界を有する画像の明暗境界線を作成する。境界線分割手段は、上記明暗境界線の道のりを当該道のり上の複数の節点で等分割する。折れ線近似手段は、分割された上記明暗境界線を所定数の直線で折れ線近似する。直線性算出手段は、各々の上記接点で連結された上記直線がなす角の外角を算出し、当該外角に基づいて上記明暗境界線の直線性を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
明暗境界を有する画像の明暗境界線を作成する境界線作成手段と、
前記明暗境界線の道のりを当該道のり上の複数の節点で等分割する境界線分割手段と、
分割された前記明暗境界線を所定数の直線で折れ線近似する折れ線近似手段と、
各々の前記接点で連結された前記直線がなす角の外角を算出し、当該外角に基づいて前記明暗境界線の直線性を算出する直線性算出手段と、
を有する、直線性評価装置。
【請求項２】
前記直線性算出手段は、前記明暗境界線の直線性として、前記外角の角度変化の最小二乗を算出することを特徴とする請求項１に記載の直線性評価装置。
【請求項３】
明暗境界を有する画像の明暗境界線を作成する段階と、
前記明暗境界線の道のりを当該道のり上の複数の節点で等分割する段階と、
分割された前記明暗境界線を所定数の直線で折れ線近似する段階と、
各々の前記接点で連結された前記直線がなす角の外角を算出し、当該外角に基づいて前記明暗境界線の直線性を算出する段階と、
を有する、直線性評価方法。
【請求項４】
前記明暗境界線の直線性を算出する段階において、前記明暗境界線の直線性として、前記外角の角度変化の最小二乗を算出することを特徴とする請求項３に記載の直線性評価方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の直線性評価方法をコンピュータに実行させる直線性評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線性評価装置および直線性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタル・カメラなどの電子的な撮像装置（以下、単に撮像装置と称する。）の高解像度化および高感度化が進んできており、被写体をより高精度に画像上に再現することが可能となってきている。このような撮像装置によって、エッジが直線状の物体を被写体として撮影した場合、被写体のエッジに対応する明部と暗部の境界線（以下、明暗境界線と称する。）が精度良く画像に再現されることが望まれる。明暗境界を有する画像の明暗境界線の直線性を評価する技術としては、たとえば下記の特許文献１の技術が知られている。特許文献１には、ノイズなどの擾乱要素が小さく、被写体の形状が十分に残っている状態であり、明暗境界線が一価関数で近似できると仮定して、明暗境界線の直線性を評価する技術が開示されている。上記仮定の下で直線と明暗境界線の距離が小さいほど直線に近いという評価が与えられる。
【０００３】
しかしながら、撮像装置によって撮影された画像には、通常ノイズが含まれており、ノイズ除去やエッジ強調処理を実行する過程において被写体の明暗境界線が乱れることが知られている。とくに、超高感度撮影された画像にはノイズが多量に含まれる可能性があり、明暗境界線が著しく蛇行して一価関数で近似できないことがあるため、そもそも明暗境界を検出できなかったり、被写体の明暗境界線の直線性を適切に評価できなかったりする問題が生じうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３０５８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。したがって、本発明の目的は、明暗境界を有する画像にノイズが多量に含まれている場合であっても、明暗境界線の直線性を適切に評価できる直線性評価装置および直線性評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記によって達成される。
【０００７】
本発明の直線性評価装置は、境界線作成手段と、境界線分割手段と、折れ線近似手段と、直線性算出手段と、を有する。境界線作成手段は、明暗境界を有する画像の明暗境界線を作成する。境界線分割手段は、前記明暗境界線の道のりを当該道のり上の複数の節点で等分割する。折れ線近似手段は、分割された前記明暗境界線を所定数の直線で折れ線近似する。直線性算出手段は、各々の前記接点で連結された前記直線がなす角の外角を算出し、当該外角に基づいて前記明暗境界線の直線性を算出する。
【０００８】
また、本発明の直線性評価方法は、明暗境界を有する画像の明暗境界線を作成する段階と、前記明暗境界線の道のりを当該道のり上の複数の節点で等分割する段階と、分割された前記明暗境界線を所定数の直線で折れ線近似する段階と、各々の前記接点で連結された前記直線がなす角の外角を算出し、当該外角に基づいて前記明暗境界線の直線性を算出する段階と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の直線性評価装置および直線性評価方法によれば、入力画像の明暗境界線を一定間隔でベクトル化し、そのベクトルの変化率で明暗境界線の直線性を算出するので、ノイズが多量に含まれている場合であっても、明暗境界線の直線性を適切に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における直線性評価装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における直線性評価処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図３】図３（Ａ）は被写体を撮像装置で撮影して取得した入力画像の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ部を拡大した部分拡大図である。
【図４】図４（Ａ）は明暗境界線が一価関数で近似できる場合について説明するための図であり、図４（Ｂ）は明暗境界線が一価関数で近似できない場合について説明するための図である。
【図５】図４（Ｂ）に示す明暗境界線の一部を８連結で表した場合について例示する図である。
【図６】明暗境界線をＮ分割して折れ線近似した場合について説明する模式図である。
【図７】明暗境界線の直線性の算出方法を説明するための図である。
【図８】図２に示す明暗境界線を作成する処理を説明するフローチャートである。
【図９】図４（Ｂ）に示す例について明暗境界付近の明部および暗部それぞれについて作成した画素値ヒストグラムを示す図である。
【図１０】図９に示す画素値ヒストグラムに基づいて二値化用閾値を算出する方法について説明するための図である。
【図１１】図１０の二値化用閾値を使用して図３（Ｂ）に示す入力画像について二値化した結果の二値化画像を示す図である。
【図１２】図１１に示す二値化画像から孤立画素を除去した結果を示す図である。
【図１３】図１２に示す画像の明暗境界線を作成した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
（実施形態）
本実施形態の直線性評価装置は、明暗境界線を一定間隔でベクトル化し、そのベクトルの変化率で明暗境界線の直線性（複雑度）を算出する装置である。当該装置は、演算装置、記憶装置、表示装置、および入出力装置を有する一般的なコンピュータ・システム、たとえばパーソナル・コンピュータで、直線性評価の手順を記述したコンピュータ・プログラムを実行することにより実現される。
【００１３】
本実施形態では、直線性評価装置が上記コンピュータ・システムにより実現される形態について説明する。しかしながら、直線性評価装置は、上記コンピュータ・システムで実現される場合に限定されず、ハードウェア、たとえばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）を使用しても実現されうる。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態における直線性評価装置の概略構成図である。図１に示すとおり、本実施形態の直線性評価装置１００は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）４０、入力部５０、出力部６０、および通信インターフェース７０を有する。なお、直線性評価装置１００のこれらの各構成要素は、バス８０によって相互に通信可能に接続されている。
【００１５】
ＲＡＭ１０は、揮発性のメモリであり、各種のソフトウェアプログラム、直線性評価処理に使用される各種パラメータやデータなどを一時的に記憶する。本実施形態では、ＲＡＭ１０は、上記コンピュータ・プログラムとして制御プログラムおよび直線性評価プログラムを記憶する。
【００１６】
上記制御プログラムは、直線性評価装置１００を全体的に制御するためのプログラムであり、ＣＰＵ２０により逐次的に実行され、制御部１として機能する。また、上記直線性評価プログラムは、入力画像について明暗境界線の直線性を評価するためのプログラムである。上記直線性評価プログラムは、ＣＰＵ２０により逐次的に実行され、画像取得部２（画像取得手段）、閾値算出部３（閾値算出手段）、二値化部４（二値化手段）、孤立画素群除去部５（孤立画素群除去手段）、境界線作成部６（境界線作成手段）、境界線分割部７（境界線分割手段）、折れ線近似部８（折れ線近似手段）、直線性算出部９（直線性算出手段）として機能する。
【００１７】
ＲＯＭ３０は、不揮発性のメモリであり、オペレーティング・システム（ＯＳ）や制御プログラムの演算処理に使用されるパラメータ、各種データなどを記憶している。
【００１８】
ＨＤＤ４０は、オペレーティング・システム、各種のコンピュータ・プログラム、直線性評価処理に使用されるパラメータ、各種データなどを格納している。また、ＨＤＤ４０は、通信インターフェース７０を介して直線性評価装置１００の外部から入力される入力画像データと直線性評価装置１００の外部に出力される出力画像データとを一時的に記憶する。入力画像および出力画像の詳細については後述する。
【００１９】
入力部５０は、ユーザの指示を制御部１に伝達する入力装置であり、たとえば、キーボード、押しボタンスイッチ、マウス、タッチペンなどを有する。
【００２０】
出力部６０は、入力画像、出力画像、各種設定などを表示する出力装置であり、たとえば液晶パネルディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイのうちのいずれかを有する。
【００２１】
通信インターフェース７０は、入力画像データ、出力画像データ、制御信号などについて直線性評価装置１００の外部と通信するインターフェースである。
【００２２】
このような構成の直線性評価装置１００に電源が投入されると、まず、ＨＤＤ４０に格納されたオペレーティング・システムがＲＡＭ１０にロードされ、ＣＰＵ２０によって実行されて起動する。そして、ＨＤＤ４０に格納された上記制御プログラムが、ユーザのコマンドによる指示などに応じてＲＡＭ１０にロードされ、ＣＰＵ２０により実行される。
【００２３】
制御部１は、入力部５０、出力部６０、および通信インターフェース７０を直線性評価処理用に初期化し、ＨＤＤ４０などに格納された各種パラメータやデータに基づいて、直線性評価処理に関する各種設定を実行する。
【００２４】
続いて、ユーザのコマンドによる指示などに応じて、ＨＤＤ４０に格納された上記直線性評価プログラムがＲＡＭ１０にロードされ、ＣＰＵ２０により実行される。
【００２５】
以下、上記直線性評価プログラムによる直線性評価の詳細について、図２〜図７を参照して説明する。図２は、本発明の一実施形態における境界線作成処理の手順を説明するためのフローチャートである。図３（Ａ）は被写体を撮像装置で撮影して取得した入力画像の一例を示す図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ部を拡大した部分拡大図である。
【００２６】
また、図４（Ａ）は明暗境界線が一価関数で近似できる場合について説明するための図であり、図４（Ｂ）は明暗境界線が一価関数で近似できない場合について説明するための図である。
【００２７】
図５は図４（Ｂ）に示す明暗境界線の一部を８連結で表した場合について例示する図であり、図６は、明暗境界線をＮ分割して折れ線近似した場合について説明する模式図である。図７は、明暗境界線の直線性の算出方法を説明するための図である。
【００２８】
図２に示すとおり、まず、入力画像を取得する（ステップＳ１０１）。画像取得部２は、通信インターフェース７０を介して入力画像を取得し、ＨＤＤ４０に保存する。具体的には、ユーザは、撮像装置（不図示）で被写体を撮影し、撮影された被写体の画像データは直線性評価装置１００に送信される。直線性評価装置１００は、上記撮像装置から送信された画像データを入力画像データとして受信し、ＨＤＤ４０に保存する。
【００２９】
図３（Ａ）に示すとおり、本実施形態では、入力画像は、被写体に対応する三角形状の暗部と当該暗部を除いた明部とを有する。また、上記明部と暗部との明暗境界付近のＢ部を拡大すると、図３（Ｂ）の部分拡大図に示すとおり、明暗境界線は蛇行した曲線になっている。すなわち、入力画像の実際の明暗境界線は、理想的な直線状の明暗境界線からずれが生じている。
【００３０】
なお、図４（Ａ）に示すとおり、たとえば比較的低い感度で撮影した場合などにおいて、入力画像に混入しているノイズが比較的少ない場合は、明暗境界線は、一価関数で近似することが可能である。一方、図４（Ｂ）に示すとおり、たとえば超高感度で撮影した場合などにおいて、入力画像に混入しているノイズが多量の場合は、明暗境界線が著しく蛇行するので、一価関数で近似することができない。
【００３１】
次に、明暗境界線を作成する（ステップＳ１０２）。明暗境界を有する上記入力画像の明暗境界線を作成する。明暗境界線作成処理の詳細については後述する。本実施形態では、明暗境界を有する画像にノイズが多量に含まれている場合であっても精度良く、一意に明暗境界線を作成できる。
【００３２】
次に、明暗境界線をＮ分割する（ステップＳ１０３）。境界線分割部７は、ステップＳ１０２で作成された明暗境界線（図１３を参照）を道のりＳ上の複数の節点で等分割する。
【００３３】
図５に示すとおり、境界線分割部７は、明暗境界線を８連結の曲線で表し、１画素の移動を距離１として、上記曲線の道のりＳを算出する。そして、上記曲線を道のりＳでＮ分割、すなわち上記曲線を道のりＳに沿って等距離にＮ分割する。Ｎは２以上の自然数である。
【００３４】
次に、明暗境界線を折れ線近似する（ステップＳ１０４）。折れ線近似部８は、Ｎ分割された上記明暗境界線を所定数の直線で直線近似することにより、明暗境界線を折れ線で近似する。
【００３５】
図６には、Ｎの大きさが小、中、および大の値の場合について、明暗境界線が折れ線近似された例が示されている。Ｎが大きくなればなるほど、折れ線近似の精度は向上する。
【００３６】
次に、明暗境界線の直線性を算出する（ステップＳ１０５）。直線性算出部９は、各々の上記接点で連結された上記直線がなす角の外角θを算出し、当該外角θに基づいて上記明暗境界線の直線性を算出する。
【００３７】
具体的には、図７に示すとおり、節点Ｐ１で連結された直線ｓ１とs２とがなす角の外角θ１、節点Ｐ２で連結された直線ｓ２とｓ３とがなす角の外角θ２、および節点Ｐ３で連結された直線ｓ３とs４とがなす角の外角θ３を算出する。そして、外角θを縦軸にとり、明暗境界線の道のりＳを横軸にとって、外角θ１、θ２、およびθ３をプロットすると外角θに関するグラフが得られる。この外角θのグラフは一価関数になることが保証されるので、外角θの角度変化の最小二乗を明暗境界線の直線性（複雑度）として算出する。すなわち、本実施形態では、明暗境界線を一定間隔でベクトル化し、そのベクトルの変化率で明暗境界線の直線性（複雑度）を算出する。算出された外角θの角度変化の最小二乗値は、ＨＤＤ４０に保存される。
【００３８】
以上のとおり、図２に示す境界線作成処理は、明暗境界を有する入力画像の明暗境界線を作成し、上記明暗境界線の道のりを当該道のり上の複数の節点で等分割する。そして、分割された上記明暗境界線を所定数の直線で折れ線近似し、各々の上記接点で連結された上記直線がなす角の外角を算出し、当該外角に基づいて上記明暗境界線の直線性を算出する。
【００３９】
以下、図８〜図１３を参照して、明暗境界線作成処理について詳しく説明する。図８は図２に示す明暗境界線を作成する処理を説明するフローチャートである。また、図９は図４（Ｂ）に示す例について明暗境界付近の明部および暗部それぞれについて作成した画素値ヒストグラムを示す図であり、図１０は図９に示す画素値ヒストグラムに基づいて二値化用閾値を算出する方法について説明するための図である。図９において、画素値ヒストグラムの横軸は画素値であり、縦軸は特定の画素値が現れる頻度である。なお、横軸の最大値は２５５であり、最小値は０である。
【００４０】
さらに、図１１は図１０の二値化用閾値を使用して図３（Ｂ）に示す入力画像について二値化した結果の二値化画像を示す図であり、図１２は図１１に示す二値化画像から孤立画素を除去した結果を示す図である。図１３は、図１２に示す画像の明暗境界線を作成した結果を示す図である。
【００４１】
図８に示すとおり、二値化用閾値を算出する（ステップＳ２０１）。閾値算出部３は、明暗境界を有する上記入力画像を当該入力画像に応じて重み付けして二値化するための閾値を算出する。より具体的には、閾値算出部３は、入力画像の明暗境界付近の画素値についてヒストグラム（以下、画素値ヒストグラムと称する。）を作成し、当該画素値ヒストグラムに基づいて二値化用閾値を算出する。なお、本実施形態では、入力画像全体にノイズが一様に分布しており、入力画像の明暗境界付近であればどの部分でも同様の画素値ヒストグラムが得られることを想定している。
【００４２】
図９に示すとおり、まず、図４（Ｂ）に示す画像の明暗境界付近の明部および暗部それぞれについて画素値ヒストグラムを作成する。続いて、明部および暗部の画素値ヒストグラムの各々について包絡線を作成する。
【００４３】
一般に撮像装置で被写体を撮影したときに画像に含まれるノイズの分布は、ガウス分布に従うことが知られている。これに対し、撮像装置からの画像はγ補正やクリッピング処理などの画像処理が実施されるため、画素値ヒストグラムにおける画素値の分布は、ガウス分布にはならない。しかしながら、公知の手法を用いて画素値ヒストグラムにおける画素値の分布について包絡線を算出することが可能である。
【００４４】
なお、本実施形態では、上記クリッピング処理は、画素値が下限値と上限値との間の範囲内に収まるように、下限値を下回った画素値を下限値にクリップするか、あるいは上限値を上回った画素値を上限値にクリップする処理を意味する。
【００４５】
そして、図１０に示すとおり、作成された２つの包絡線の交点に対応する画素値を二値化用閾値として算出する。
【００４６】
すなわち、本実施形態では、入力画像全体のノイズ分布を測定し、画素値を一般距離とみなして入力画像を二値化する。そして、入力画像のノイズ分布を非対称として扱うことで、画素値のクリッピング効果を考慮した二値化用閾値を設定する。
【００４７】
このように、本実施形態では、入力画像に対して適応的に、すなわち入力画像に合わせて柔軟に二値化用閾値を決定することができる。
【００４８】
次に、再び図８に戻り、入力画像を二値化する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０１で算出された二値化用閾値を使用して、上記入力画像を二値化する。すなわち、二値化部４は、入力画像のすべての画素について、二値化用閾値よりも画素値が小さい場合、当該画素値を０（ゼロ）に置き換える一方で、二値化用閾値よりも画素値が大きい場合、当該画素を２５５に置き換える。以下、入力画像を二値化した結果の画像を二値化画像と称する。
【００４９】
図１１に示すとおり、二値化画像は、ノイズの影響を受けて、明部および暗部に多数の孤立した画素群（以下、孤立画素群と称する。）を含む。本明細書では、孤立画素群とは、画素値が異なる画素群によって囲まれていることにより、孤立している画素群を意味する。なお、以下の説明を簡潔にするため、１つの画素が、画素値が異なる画素群に囲まれることにより周囲から孤立している場合についても同様に孤立画素群と称することにする。
【００５０】
次に、孤立画素群を除去する（ステップＳ２０３）。孤立画素群を多く含む画像の場合では、明暗境界線を１つに決定することが困難である。そこで、孤立画素群除去部５は、図１１に示す孤立画素群を含む二値化画像にラベリング処理を実施し、閉曲線で囲まれた孤立画素群を除去する。なお、ラベリング処理については、公知の技術であるので、説明を省略する。
【００５１】
具体的には、二値化部４によって二値化されて画素値が０（ゼロ）および２５５の２つの値を含む上記二値化画像において、画素値が０（ゼロ）の画素群に囲まれた画素値が２５５の画素群の画素値を０（ゼロ）に置き換えることにより孤立画素群を除去する。また、画素値が２５５の画素群に囲まれた画素値が０の画素群の画素値を２５５に置き換えることにより孤立画素群を除去する。なお、画像の端部に位置する画素（画素群）であるために周囲の画素が欠落している場合については、欠落している部分にも周囲の画素群と同じ値の画素が存在するものとして扱うことにより、孤立画素群を除去する。
【００５２】
図１２に示すとおり、孤立画素群が除去された画像では、明暗境界を挟んで画素値が０（ゼロ）の領域と２５５の領域の２つの領域に分かれる。すなわち、画素値が０（ゼロ）の領域と２５５の領域の２つの領域に領域判定される。
【００５３】
次に、明暗境界線を作成する（ステップＳ２０４）。図９に示すとおり、境界線作成部６は、上記孤立画素群が除去された画像に対して、たとえば輪郭抽出処理を実施することにより、上記孤立画素群が除去された画像の明暗境界線を作成する。作成された明暗境界線の画像は出力画像としてＨＤＤ４０に記憶されるとともに出力部６０のディスプレイに表示される。
【００５４】
このように、図８に示す本実施形態の境界線作成処理では、入力画像に応じた二値化用閾値を適応的に導出し、当該二値化用閾値を用いて入力画像を二値化した二値化画像のラベリング処理を実施する。そして、二値化画像に含まれる孤立画素群を除去したのち、明暗境界線を一意に作成する。
【００５５】
以上のとおり、説明した本実施形態は、以下の効果を奏する。
【００５６】
本実施形態の直線性評価装置および直線性評価方法によれば、入力画像の明暗境界線を一定間隔でベクトル化し、そのベクトルの変化率で明暗境界線の直線性を算出するので、ノイズが多量に含まれている場合であっても、明暗境界線の直線性を適切に評価できる。
【００５７】
以上のとおり、実施形態において、本発明の直線性評価装置および直線性評価方法を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５８】
１  制御部、
２  画像取得部、
３  閾値算出部、
４  二値化部、
５  孤立画素群除去部、
６  境界線作成部、
７  境界線分割部、
８  折れ線近似部、
９  直線性算出部、
１０  ＲＡＭ、
２０  ＣＰＵ、
３０  ＲＯＭ、
４０  ＨＤＤ、
５０  入力部、
６０  出力部、
７０  通信インターフェース、
１００  直線性評価装置。
【図１】
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【図２】
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【図８】
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【図１３】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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