(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一意に明暗境界線を作成できる境界線作成装置および境界線作成プログラムを提供する。【解決手段】本発明の境界線作成装置は、閾値算出手段３と、二値化手段４と、孤立画素群除去手段５と、境界線作成手段６と、を有する。閾値算出手段は、明暗境界を有する画像を当該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。二値化手段は、上記閾値を用いて一の値および他の値の２つの画素値を有する二値化画像を上記画像から生成する。孤立画素群除去手段は、二値化手段４によって生成された上記二値化画像について、上記一の値の画素群に囲まれた上記他の値の画素群の画素値を上記一の値に置き換えることにより孤立画素群を除去する。境界線作成手段は、上記孤立画素群を除去した画像の上記明暗境界の境界線を作成する。【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を当該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閾値算出手段と、
前記閾値を用いて一の値および他の値の２つの画素値を有する二値化画像を前記画像から生成する二値化手段と、
前記二値化手段によって生成された前記二値化画像について、前記一の値の画素群に囲まれた前記他の値の画素群の画素値を前記一の値に置き換えることにより孤立画素群を除去する孤立画素群除去手段と、
前記孤立画素群を除去した画像の前記明暗境界の境界線を作成する境界線作成手段と、
を有する、境界線作成装置。
【請求項２】
前記閾値算出手段は、前記画像の画素値についてヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムの明部に対応する包絡線と暗部に対応する包絡線との交点における画素値を前記閾値として算出することを特徴とする請求項１に記載の境界線作成装置。
【請求項３】
孤立画素群除去手段は、前記二値化手段によって二値化された二値化画像をラベリング処理し、当該二値化画像のラベリング処理結果に基づいて、当該二値化画像の孤立した領域を除去することを特徴とする請求項１または２に記載の境界線作成装置。
【請求項４】
明暗境界を有する画像を当該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段階と、
前記閾値を用いて一の値および他の値の２つの画素値を有する二値化画像を前記画像から生成する段階と、
前記二値化手段によって生成された前記二値化画像について、前記一の値の画素群に囲まれた前記他の値の画素群の画素値を前記一の値に置き換えることにより孤立画素群を除去する段階と、
前記孤立画素群を除去した画像の前記明暗境界の境界線を作成する段階と、
をコンピュータに実行させる、境界線作成方法。
【請求項５】
前記閾値を算出する段階において、前記画像の画素値についてヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムの明部に対応する包絡線と暗部に対応する包絡線との交点における画素値を前記閾値として算出することを特徴とする請求項４に記載の境界線作成方法。
【請求項６】
前記孤立画素群を除去する段階において、前記二値化する段階で二値化された二値化画像をラベリング処理し、当該二値化画像のラベリング処理結果に基づいて、当該二値化画像の孤立した領域を除去することを特徴とする請求項４または５に記載の境界線作成方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の境界線作成方法をコンピュータに実行させる境界線作成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、境界線作成装置および境界線作成方法に関する。
【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から領域の輪郭線を抽出する技術としては、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、最尤推定を用いて領域の輪郭線を抽出する技術が開示されている。
【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を精度良く作成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５−６１９７７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、一意に明暗境界線を作成できる境界線作成装置および境界線作成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】
本発明の境界線作成装置は、閾値算出手段と、二値化手段と、孤立画素群除去手段と、境界線作成手段と、を有する。閾値算出手段は、明暗境界を有する画像を当該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。二値化手段は、前記閾値を用いて一の値および他の値の２つの画素値を有する二値化画像を前記画像から生成する。孤立画素群除去手段は、前記二値化手段によって生成された前記二値化画像について、前記一の値の画素群に囲まれた前記他の値の画素群の画素値を前記一の値に置き換えることにより孤立画素群を除去する。境界線作成手段は、前記孤立画素群を除去した画像の前記明暗境界の境界線を作成する。
【０００８】
また、本発明の境界線作成方法は、明暗境界を有する画像を当該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段階と、前記閾値を用いて一の値および他の値の２つの画素値を有する二値化画像を前記画像から生成する段階と、前記二値化手段によって生成された前記二値化画像について、前記一の値の画素群に囲まれた前記他の値の画素群の画素値を前記一の値に置き換えることにより孤立画素群を除去する段階と、前記孤立画素群を除去した画像の前記明暗境界の境界線を作成する段階と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の境界線作成装置および境界線作成方法によれば、明暗境界を有する入力画像に対して適応的に重みづけをして二値化したのちに領域判定するので、上記入力画像にノイズが多量に含まれている場合であっても、一意に明暗境界線を作成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における境界線作成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】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６】図５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７】図６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８】図７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９】図８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）
本実施形態の境界線作成装置は、明暗境界を有する入力画像に対して適応的に重みづけをして二値化したのちに領域判定することにより、一意に明暗境界線を作成する装置である。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、境界線作成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、境界線作成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、境界線作成装置は、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境界線作成装置の概略構成図である。図１に示すとおり、本実施形態の境界線作成装置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、境界線作成装置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、境界値作成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境界線作成プログラムを記憶する。
【００１６】
上記制御プログラムは、境界線作成装置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、上記境界線作成プログラムは、入力画像について明暗境界線を作成するためのプログラムである。上記境界線作成プログラムは、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）、および境界線作成部６（境界線作成手段）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、境界値作成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を介して境界線作成装置１００の外部から入力される入力画像データと境界線作成装置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境界線作成装置１００の外部と通信するインターフェースである。
【００２２】
このような構成の境界線作成装置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を境界値作成処理用に初期化し、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、境界値作成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に格納された上記境界線作成プログラムがＲＡＭ１０にロードされ、ＣＰＵ２０により実行される。以下、上記境界線作成プログラムによる境界線作成処理の詳細について、図２〜図９を参照して説明する。
【００２５】
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】
また、図５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６は図５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５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。
【００２８】
さらに、図７は図６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８は図７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９は、図８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。
【００２９】
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境界線作成装置１００に送信される。境界線作成装置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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。以下に説明するとおり、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】
図２に戻り、二値化用閾値を算出する（ステップＳ１０２）。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。
【００３３】
図５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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
そして、図６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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、再び図２に戻り、入力画像を二値化する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０２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。
【００４０】
図７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。
【００４１】
次に、孤立画素群を除去する（ステップＳ１０４）。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７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。
【００４２】
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。
【００４３】
図８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。
【００４４】
次に、明暗境界線を作成する（ステップＳ１０５）。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。
【００４５】
このように、図２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。
【００４６】
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。
【００４７】
本実施形態の境界線作成装置および境界線作成方法によれば、明暗境界を有する入力画像に対して適応的に重みづけをして二値化したのちに領域判定するので、上記入力画像にノイズが多量に含まれている場合であっても、一意に明暗境界線を作成できる。その結果、ユーザは、直線状のエッジを有する物体を被写体として撮影した場合に、当該物体のエッジに対応する明暗境界線が理想的な直線からどの程度ずれているかについて評価することができる。
【００４８】
以上のとおり、実施形態において、本発明の境界線作成装置および境界線作成方法を説明した。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】
【００４９】
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、
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  境界線作成装置。
【図１】
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【図２】
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【図９】
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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８】
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