(57)【要約】【課題】写真画像等のオブジェクト分割方法において、局所的に存在する高周波成分からなるエッジ部分を含むことなく画像中に含まれるテクスチャ領域を精度よく抽出し、テクスチャ領域とそれ以外の領域を適切に分割する。【解決手段】画像信号から高周波信号を生成し、この高周波信号に縮小処理を施すことによりエッジ信号を低減するとともに集合した高周波信号を平滑化し、その後、モフォロジー演算処理によるオープニング処理を施すことにより上記エッジ信号をさらに低減するとともに上記平滑化された高周波信号を抽出する。【選択図】          図１
2004258751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号から該画像信号により表される画像の高周波成分を表す高周波信号を生成し、
前記高周波信号から前記高周波成分が集合しているテクスチャ領域を表すテクスチャ信号を抽出するとともに前記テクスチャ領域以外に局所的に存在する前記高周波成分を表すエッジ信号を低減する処理を前記高周波信号に施し、
ぞの後、前記抽出されたテクスチャ信号を含む前記処理を施された高周波信号に基づいて前記画像を複数の領域に分割することを特徴とする画像分割方法。
【請求項２】
前記処理が、前記高周波信号に縮小処理を施し、該縮小処理の施された高周波信号にモフォロジー演算処理を施す処理であることを特徴とする請求項１記載の画像分割方法。
【請求項３】
前記縮小処理の縮小率が５０％以下であることを特徴とする請求項２記載の画像分割方法。
【請求項４】
画像信号から該画像信号により表される画像の高周波成分を表す高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、
前記高周波信号から前記高周波成分が集合しているテクスチャ領域を表すテクスチャ信号を抽出するとともに前記テクスチャ領域以外に局所的に存在する前記高周波成分を表すエッジ信号を低減する処理を前記高周波信号に施す処理手段と、
前記抽出されたテクスチャ信号を含む前記処理を施された高周波信号に基づいて前記画像を複数の領域に分割する領域分割手段とを備えたことを特徴とする画像分割装置。
【請求項５】
前記処理手段が、前記高周波信号に縮小処理を施す縮小処理部と、前記縮小処理の施された高周波信号にモフォロジー演算処理を施すモフォロジー演算部とを備えたものであることを特徴とする請求項４記載の画像分割装置。
【請求項６】
前記縮小処理の縮小率が５０％以下であることを特徴とする請求項５記載の画像分割装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、写真画像等をテクスチャ領域とその他の領域に分割する画像分割方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像から画像の輝度情報、色情報およびテクスチャ情報を抽出し、これらの情報に基づいて画像を複数の領域に分割する種々の方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、テクスチャ情報としては、例えばＪＰＥＧ圧縮を行う際に生成されるＤＣＴ係数を用いることができるが、特許文献１に記載された方法では、画像信号に対してウェーブレット変換を施すことにより得られたウェーブレット変換係数をテクスチャ情報として用いている。より具体的には、画像を表す画像信号に対してウェーブレット変換を施してウェーブレット変換係数を得、このウェーブレット変換係数をテクスチャ特徴量として抽出し、このテクスチャ特徴量を用いて画像中の被写体を囲む領域のエッジを決定している。このように、ＤＣＴ係数やウェーブレット変換係数を用いることにより、画像中に含まれる被写体のエッジを抽出して画像を被写体領域とそれ以外の領域とに分割することができるが、ＤＣＴ係数やウェーブレット変換係数を用いて画像を複数の領域に分割する方法では、複数の高周波成分がまとまって形成されるテクスチャ領域については、複数のエッジからなる領域としてのみしか認識することができないため、画像中に含まれる被写体のエッジは抽出できるものの、高周波成分がまとまって形成されるテクスチャ領域を精度よく抽出することができない。
【０００３】
そこで、ウェーブレット変換などにより抽出された高周波信号にモフォロジー演算処理を施す方法が提案されている（特許文献２参照）。上記のようにモフォロジー演算処理を施すことにより、高周波信号における凹状の濃度変動部分を抑制されるため、高周波信号がまとまって存在する領域すなわちテクスチャ領域は、一定の信号値を有するまとまった領域として表されることになる。したがって、この一定値の信号値を有するまとまった領域をテクスチャ領域として抽出することができ、これにより、画像をテクスチャ領域とその他の領域とに分割することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２１６９７９号公報
【０００５】
【特許文献２】
特願２００２−２４６３９６号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように高周波信号のモフォロジー処理を施しただけではテクスチャ領域以外に局所的に存在する高周波成分からなるエッジ部分を表すエッジ信号も一定の信号値を有するものとして残ってしまうため、テクスチャ領域だけでなくエッジ部分まで抽出してしまう問題を生じる。たとえば、森と池から構成される画像から森の部分だけを抽出しようとした場合、森は高周波成分がまとまって存在するテクスチャ領域であるため上記のようにモフォロジー演算処理を施すことにより抽出が可能であるが、これとともに池の波のエッジ部分まで一緒に抽出されてしまう。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、画像中に含まれるテクスチャ領域をエッジ部分を含むことなく精度よく抽出し、テクスチャ領域とそれ以外の領域を適切に分割することができる画像分割方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像分割方法は、画像信号からその画像信号により表される画像の高周波成分を表す高周波信号を生成し、高周波信号から高周波成分が集合しているテクスチャ領域を表すテクスチャ信号を抽出するとともにテクスチャ領域以外に局所的に存在する高周波成分を表すエッジ信号を低減する処理を高周波信号に施し、ぞの後、抽出されたテクスチャ信号を含む上記処理を施された高周波信号に基づいて画像を複数の領域に分割することを特徴とする。
【０００９】
上記画像分割方法においては、上記処理を、高周波信号に縮小処理を施し、その縮小処理の施された高周波信号にモフォロジー演算処理を施す処理とすることができる。
【００１０】
ここで、上記「縮小処理」としては、間引き処理のよる縮小処理以外の縮小処理であれば、公知の如何なる縮小処理を利用してもよい。
【００１１】
上記「モフォロジー演算処理」について、濃淡画像を例にして以下に簡単に説明する。
【００１２】
濃淡画像を座標（ｘ，ｙ）の点が濃度値ｆ（ｘ，ｙ）に相当する高さを持つ空間と見なし、この断面に相当する１次元の関数ｆ（ｘ）を考える。モフォロジー演算処理に用いる構造要素ｇは次式（１）に示すように、原点について対称な対称関数
【数１】
2004258751.tif 000003
であり、定義域内で値が０で、その定義域Ｇが下記式（２）であるとする。
【００１３】
【数２】
2004258751.tif 000004
このとき、モフォロジー演算の基本形は式（３）〜（６）に示すように、非常に簡単な演算となる。
【００１４】
【数３】
2004258751.tif 000005
すなわち、ダイレーション（ｄｉｌａｔｉｏｎ）処理は、注目画素を中心とした、±ｍ（構造要素に応じて決定される値であって、図１１中のマスクサイズに相当）の幅の範囲内の最大値を探索する処理であり（図１１（ａ）参照）、一方、イロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）処理は、注目画素を中心とした、±ｍの幅の範囲内の最小値を探索する処理である（図１１（ｂ）参照）。また、オープニング（ｏｐｅｎｉｎｇ）処理はイロージョン処理後にダイレーション処理を行う処理、すなわち最小値の探索の後に最大値を探索する処理であり、クロージング（ｃｌｏｓｉｎｇ）処理は、ダイレーション処理後にイロージョン処理を行う処理、すなわち最大値の探索の後に最小値を探索する処理に相当する。
【００１５】
つまりオープニング処理は、低濃度側から濃度曲線ｆ（ｘ）を滑らかにし、マスクサイズ２ｍより空間的に狭い範囲で変動する凸状の濃度変動部分（周囲部分よりも濃度が高い部分）を抑制することに相当する（図１１（ｃ）参照）。
【００１６】
一方、クロージング処理は、高濃度側から濃度曲線ｆ（ｘ）を滑らかにし、マスクサイズ２ｍより空間的に狭い範囲で変動する凹状の濃度変動部分（周囲部分よりも濃度が低い部分）を抑制することに相当する（図１１（ｄ）参照）。
【００１７】
上記「モフォロジー演算処理」とは、局所的に存在する高周波成分であって周囲の濃度よりも濃度が高い部分をエッジ部分と考える場合には、モフォロジ−演算処理によるオープニング処理を意味し、局所的に存在する高周波成分であって周囲の濃度よりも濃度が低い部分をエッジ部分と考える場合には、モフォロジ−演算処理によるクロージング処理を意味するものとする。また、高周波信号を画像信号における輝度信号から生成する場合において、上記濃度が大きいほど輝度信号が小さくなり、上記濃度が大きいほど輝度信号が小さくなるような場合には、上記クロージング処理と上記輝度信号に対するオープニング処理とは一致し、上記オープニング処理と上記輝度信号に対するクロージング処理とは一致する。
【００１８】
上記縮小処理の縮小率は５０％以下とすることが望ましい。
【００１９】
本発明の画像分割装置は、画像信号からその画像信号により表される画像の高周波成分を表す高周波信号を生成する高周波信号生成手段と、高周波信号から高周波成分が集合しているテクスチャ領域を表すテクスチャ信号を抽出するとともにテクスチャ領域以外に局所的に存在する高周波成分を表すエッジ信号を低減する処理を高周波信号に施す処理手段と、抽出されたテクスチャ信号を含む上記処理を施された高周波信号に基づいて画像を複数の領域に分割する領域分割手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
上記画像分割装置においては、処理手段を、高周波信号に縮小処理を施す縮小処理部と、縮小処理の施された高周波信号にモフォロジー演算処理を施すモフォロジー演算部とを備えたものとすることができる。
【００２１】
上記縮小処理部の縮小処理の縮小率は５０％以下とすることが望ましい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の画像分割方法および装置によれば、画像信号からその画像信号により表される画像の高周波成分を表す高周波信号を生成し、高周波信号から高周波成分が集合しているテクスチャ領域を表すテクスチャ信号を抽出するとともにテクスチャ領域以外に局所的に存在する高周波成分を表すエッジ信号を低減する処理を高周波信号に施し、ぞの後、抽出されたテクスチャ信号を含む上記処理を施された高周波信号に基づいて画像を複数の領域に分割するようにしたので、局所的に存在する高周波成分からなるエッジ部分を含むことなく画像中に含まれるテクスチャ領域を精度よく抽出し、テクスチャ領域とそれ以外の領域を適切に分割することができる。
【００２３】
また、上記処理として、上記高周波信号に縮小処理を施し、縮小処理の施された高周波信号にモフォロジー演算処理を施す処理を施すようにした場合には、高周波信号に縮小処理を施すことにより縮小処理のフィルタ効果とサブサンプリング効果により上記エッジ信号を低減するとともに集合した高周波信号を平滑化することができ、その後、モフォロジー演算処理を施すことにより上記エッジ信号をさらに低減するとともに上記平滑化された高周波信号を抽出することができるので、局所的に存在する高周波成分からなるエッジ部分を含むことなく画像中に含まれるテクスチャ領域を精度よく抽出し、テクスチャ領域とそれ以外の領域を適切に分割することができる。
【００２４】
また、上記縮小処理の縮小率を５０％以下とした場合には、縮小処理によるエッジ信号の低減の効果をより効果的に得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の画像分割装置の一実施形態について説明する。図１は上記実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による画像分割装置は、ＲＧＢの色信号からなる画像信号Ｓ０により表される画像（以下原画像とする）から、高周波信号がまとまって存在するテクスチャ領域を抽出するとともに、局所的に存在する高周波成分からなるエッジ部分を低減し、画像をテクスチャ領域およびテクスチャ領域以外の領域に分割するものである。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態による画像分割装置は、ＲＧＢの色信号からなる画像信号Ｓ０から輝度信号Ｙ０を生成する輝度信号生成手段１と、輝度信号生成手段１において生成された輝度信号Ｙ０に対して１次微分フィルタ処理を施して原画像の高周波成分を表す高周波信号Ｈ０を生成する高周波信号生成手段２と、高周波信号生成手段２において生成された高周波信号Ｈ０から高周波成分が集合しているテクスチャ領域を表すテクスチャ信号Ｔ０を抽出するとともに、局所的に存在する高周波成分を表すエッジ信号Ｅ０を低減する処理を高周波信号Ｈ０に施してテクスチャ信号を生成する処理手段３、処理手段３において生成されたテクスチャ信号Ｔ０に基づいて原画像を複数の領域に分割する領域分割手段５と、領域分割手段５による領域の分割結果を出力する出力手段６とを備える。
【００２７】
輝度信号生成手段１は、画像データＳ０を構成するＲＧＢ色データＲ０，Ｇ０，Ｂ０に対して下式（７）に示す演算を施すことにより輝度信号Ｙ０を生成するものである。
【００２８】
Ｙ０＝０．３Ｒ０＋０．５９Ｇ０＋０．１１Ｂ０  …（７）
高周波信号生成手段２は、図２に示すような原画像Ｐを表す画像データＳ０から生成された輝度信号Ｙ０に対して、図３に示すようなマスクサイズが３×３の１次微分フィルタを用いて各画素についてフィルタ処理を施し、その絶対値を求める。そして、ｘ方向の１次微分フィルタを用いてフィルタ処理を施した絶対値とｙ方向の１次微分フィルタを用いてフィルタ処理を施した絶対値とを求めて、これらを加算する。この加算値からなる信号が輝度信号Ｙ０から生成された高周波信号Ｈ０となる。なお、本実施形態では、上記のように１次微分フィルタを用いて高周波信号Ｈ０を生成するようにしたが、２次微分フィルタやラプラシアンピラミッド、Ｗａｖｅｌｅｔ変換などの公知のエッジ検出に用いられる演算であれば如何なるものを利用してもよい。また、図４に示すようなラプラシアンフィルタを用いてもよい。
【００２９】
図５は、上記加算値からなる高周波信号Ｈ０などの１次元プロファイルを示す図である。ｘ方向またはｙ方向の１次微分フィルタを用いてフィルタ処理の施された演算値は、正負の両値をとるが、高周波信号Ｈ０はその演算値の絶対値を加算したものなので図５（ａ）のようになる。なお、図５（ａ）において部分Ｂ１は単独の高周波信号が存在するエッジ部分に対応し、部分Ｂ２は高周波信号がまとまったテクスチャ領域に対応している。
【００３０】
処理手段３は、高周波信号Ｈ０に縮小処理を施す縮小処理部３１と、縮小処理部において縮小処理の施された高周波信号にモホロジー演算処理によるオープニング処理を施すモフォロジー演算部３２とを有している。
【００３１】
縮小処理部３１は高周波信号Ｈ０に縮小処理を施すものであるが、その縮小処理の方法については、画素の間引きによる縮小処理でなければ如何なる縮小処理を用いてもよく、たとえばガウシアンピラミッドを利用してもよい。また、縮小率は５０％とすればよいが、より好ましくは２５％である。高周波信号Ｈ０に縮小処理が施されると、そのフィルター効果とサブサンプリング効果により図５（ｂ）に示すような、高周波信号Ｈ０が平滑化された平滑化信号Ｈ１が得られる。また、単独の高周波成分からなるエッジ部分の部分Ｂ１はその大きさが平滑化信号Ｈ１に対して相対的に小さくなる。そして、平滑化信号Ｈ１にモフォロジ−演算処理によるオープニング処理を施すと、図５（ｃ）に示すような、部分Ｂ１におけるエッジ信号がさらに低減され、部分Ｂ２のテクスチャ領域を表すテクスチャ信号のみが抽出されたテクスチャ信号Ｔ０が得られる。
【００３２】
領域分割手段４は、テクスチャ信号Ｔ０において、信号値を有する画素が所定値以上まとまっている部分Ｂ２に対応する原画像上の領域をテクスチャ領域として抽出し、原画像をテクスチャ領域とこれ以外の領域とに分割する。
【００３３】
図６は原画像、原画像に対して従来のようにモフォロジー演算処理のみを施して得られたモフォロジー信号により表される画像および原画像に対して上記のような縮小処理およびモフォロジー処理を施して得られたテクスチャ信号を表す画像を示す図である。原画像が図６（ａ）に示すように、森の中にある池を表すものである場合、この原画像に対して従来のようにモフォロジー演算処理のみを施すと、図６（ｂ）に示すように、池に対応する領域の信号値が低く、森の木のようなテクスチャに対応する部分の信号値が高くなる。なお、図６（ｂ）においては、信号値が低い部分を黒色、信号値が高い部分を白色にて示す。そして。池の波のエッジ部分も白く残されたままとなり、白い部分だけを抽出すると森の部分だけでなく波のエッジ部分も抽出されてしまう。一方、本実施形態のように縮小処理を施した後、モフォロジー演算処理を施すようにすれば、上述したようにエッジ部分も除去することができるので波のエッジ部分を含むことなく森の部分だけをテクスチャ領域として抽出することができる。図６（ｃ）は上記実施形態により得たテクスチャ信号Ｔ０を表す画像である。
【００３４】
なお、抽出されたテクスチャ領域およびテクスチャ領域以外の領域は図７に示すように、テクスチャ領域を０、それ以外の領域を１としてラベリングされ、このラベリングされた画像が出力手段６から出力される。
【００３５】
次いで、本実施形態の動作について説明する。図８は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、輝度信号生成手段１において、画像信号Ｓ０から輝度信号Ｙ０が生成される（ステップＳ１）。高周波信号生成手段２においては、輝度信号Ｙ０に対して１次微分演算処理が施され、高周波信号Ｈ０が生成される（ステップＳ３）。そして、処理手段３の縮小処理部３１において高周波信号Ｈ０に対して縮小処理が施され平滑化信号Ｈ１が生成される（ステップＳ４）。そして、モフォロジー演算処理によるオープニング処理が平滑化信号Ｈ１に対して施されて、テクスチャ信号Ｔ０が取得される（ステップＳ５）。
【００３６】
そして、領域分割手段５において、テクスチャ信号Ｔ０に基づいて、原画像からテクスチャ領域が抽出されて、テクスチャ領域およびこれ以外の領域に原画像が分割される（ステップＳ６）。そして出力手段６から分割結果が出力され（ステップＳ７）、処理を終了する。
【００３７】
また、上記実施形態とは異なる実施形態として、たとえば、図９に示すような、０°、４５°、９０°および１３５℃のエッジ検出フィルタを用いた図１０に示すような構成とし、輝度信号Ｙ０に対してそれぞれの上記エッジ検出フィルタを用いた演算処理を施して高周波信号Ｈ０’、Ｈ４５’、Ｈ９０’、Ｈ１３５’を算出し、これらのそれぞれに縮小処理およびモフォロジー演算処理を施すことによりテクスチャ信号Ｔ０’、Ｔ４５’、Ｔ９０’、Ｔ１３５’を算出し、これらを加算することによりテクスチャ信号Ｔ０を得るようにしてもよい。
【００３８】
上記実施形態の画像分割装置によれば、画像信号からその画像信号により表される原画像の高周波成分を表す高周波信号を生成し、高周波信号から高周波成分が集合しているテクスチャ領域を表すテクスチャ信号を抽出するとともにテクスチャ領域以外に局所的に存在する高周波成分を表すエッジ信号を低減する処理を高周波信号に施し、ぞの後、抽出されたテクスチャ信号を含む上記処理を施された高周波信号に基づいて画像を複数の領域に分割するようにしたので、局所的に存在する高周波成分からなるエッジ部分を含むことなく画像中に含まれるテクスチャ領域を精度よく抽出し、テクスチャ領域とそれ以外の領域を適切に分割することができる。
【００３９】
なお、上記本発明による画像分割方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像分割装置の一実施形態の構成を示すブロック図
【図２】原画像Ｐを示す図
【図３】１次微分フィルタを示す図
【図４】ラプラシアンフィルタを示す図
【図５】高周波信号Ｈ０、平滑化信号Ｈ１およびテクスチャ信号Ｔ０のプロファイルを示す図
【図６】テクスチャ信号Ｔ０により表される画像を示す図
【図７】ラベリング結果を示す図
【図８】本実施形態の動作を示すフローチャート
【図９】０°、４５°、９０°および１３５°のエッジ検出フィルタを示す図
【図１０】本発明の画像分割装置のその他の実施形態の構成を示すブロック図
【図１１】モフォロジー演算処理を説明するための図
【符号の説明】
１    輝度信号生成手段
２    高周波信号生成手段
３    処理手段
４    領域分割手段
５    出力手段
３１    縮小処理部
３２    モフォロジー演算部
【図１】
2004258751.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004258751.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004258751.tif 000012
【図８】
2004258751.tif 000013
【図９】
2004258751.tif 000014
【図１０】
2004258751.tif 000015
【図１１】
2004258751.tif 000016