(57)【要約】【課題】本発明は、直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ領域を抽出できるようにする新たな領域抽出技術の提供を目的とする。【解決手段】画像各点を中心とした円形の局所領域を作成して、その局所領域内の点におけるエッジ接線を求めて、そのエッジ接線を表わす２つのパラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行うことで、そのパラメータを２軸とする投票空間を作成する。そして、その投票空間から投票値のピークを抽出して、そのピークの数および間隔に基づいて、局所領域が抽出対象の領域であるのか否かを判定する。このように、線の途切れに対してロバストな直線検出方法であるＨｏｕｇｈ変換を使って、直線で構成される規則的なテクスチャ模様を持つ領域の抽出を行うことから、建物などでテクスチャの一部がある程度遮蔽されている場合や、ノイズなどで線が途切れ途切れになっている場合でも安定した領域抽出が可能である。【選択図】          図１
2004151815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像から直線で構成された規則的なテクスチャを持つ特定の領域を抽出する特定領域抽出方法であって、
画像各点を中心とした任意の大きさを持つ円形の局所領域を作成する過程と、
上記局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める過程と、
上記エッジ接線を表わす２つのパラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行って、そのパラメータを２軸とする２次元の投票空間を作成する過程と、
上記２次元の投票空間から投票値のピークを抽出する過程と、
上記ピークの数および上記ピークの間隔に基づいて、上記局所領域の代表点または局所領域全体を抽出対象の領域として抽出する過程とを備えることを、
特徴とする特定領域抽出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の特定領域抽出方法において、
上記２次元の投票空間を作成する過程では、エッジ接線パラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行う際に、上記点におけるエッジパワー値を投票値とすることを、
特徴とする特定領域抽出方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の特定領域抽出方法において、
上記ピークを抽出する過程では、上記２次元の投票空間を両軸方向に射影をとることで２つの１次元ヒストグラムに縮退させ、その２つの１次元ヒストグラムに対して閾値処理を行うことでヒストグラムのピークを抽出することを、
特徴とする特定領域抽出方法。
【請求項４】
画像から直線で構成された規則的なテクスチャを持つ特定の領域を抽出する特定領域抽出装置であって、
画像各点を中心とした任意の大きさを持つ円形の局所領域を作成する手段と、
上記局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める手段と、
上記エッジ接線を表わす２つのパラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行って、そのパラメータを２軸とする２次元の投票空間を作成する手段と、
上記２次元の投票空間から投票値のピークを抽出する手段と、
上記ピークの数および上記ピークの間隔に基づいて、上記局所領域の代表点または局所領域全体を抽出対象の領域として抽出する手段とを備えることを、
特徴とする特定領域抽出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の特定領域抽出装置において、
上記２次元の投票空間を作成する手段は、エッジ接線パラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行う際に、上記点におけるエッジパワー値を投票値とすることを、
特徴とする特定領域抽出装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の特定領域抽出装置において、
上記ピークを抽出する手段は、上記２次元の投票空間を両軸方向に射影をとることで２つの１次元ヒストグラムに縮退させ、その２つの１次元ヒストグラムに対して閾値処理を行うことでヒストグラムのピークを抽出することを、
特徴とする特定領域抽出装置。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の特定領域抽出方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるための特定領域抽出プログラム。
【請求項８】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の特定領域抽出方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるための特定領域抽出プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、街中や風景を撮影した景観画像などの画像の中から、ブロック塀やレンガ壁などのような直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ特定の領域を自動的に抽出する特定領域抽出方法及びその装置と、その特定領域抽出方法の実現に用いられる特定領域抽出プログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、濃淡ヒストグラムや同時生起行列やフーリエパワースペクトルなどの特徴量に基づいたテクスチャ特徴による領域抽出が行われている。
【０００３】
この濃淡ヒストグラムの特徴量は、画像の輝度値のヒストグラムを作成し、このヒストグラムから平均値や分散値などのスカラーを求めて特徴量とするものである。
【０００４】
また、同時生起行列は、ある画素ｉから変位δだけ相対的に離れた画素ｊについて、それらの画素対の輝度レベルがそれぞれＬｉ  とＬｊ  である確率Ｐδ（Ｌｉ  ，Ｌｊ  ）を様々なδについて求めていくものであり、テクスチャのきめの細かさを表わすことができる。
【０００５】
また、フーリエパワースペクトルの特徴量は、画像を離散的フーリエ変換してパワースペクトルを求めることにより求めるものであり、テクスチャの方向性と粗さを表わす特徴量である。
【０００６】
なお、以上述べたテクスチャ特徴量を詳しく解説する文献として、以下の非特許文献１を挙げる。
【０００７】
また、先行技術として、以下の非特許文献２を挙げる。この非特許文献２では、テクスチャのきめの細かさと濃淡を表わす特徴量を用いた領域分割手法について述べられている。
【０００８】
【非特許文献１】
財団法人画像情報教育振興協会，「画像処理標準テキストブック」，ｐｐ．１５０−１５９
【非特許文献２】
内山他，「一様範囲の推定を用いたテクスチャ画像の領域分割」，信学論Ｄ−ＩＩ，Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｄ−ＩＩ，Ｎｏ．６，ｐｐ．１４４６−１４６９（２０００）
【非特許文献３】
森俊二，坂倉栂子，「画像認識の基礎ＩＩ」，ｐｐ．３−１９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術に従っていると、直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ領域を抽出できないという問題がある。
【００１０】
すなわち、濃淡ヒストグラムや同時生起行列などのテクスチャ特徴量は、テクスチャを構成する線分の方向性を表わすことができないため、例えば、斜め線分で構成された格子状のテクスチャと水平垂直線分で構成された格子状のテクスチャとを区別することが困難である。
【００１１】
また、フーリエパワースペクトルはテクスチャの粗さだけでなくその方向性も表わすことができるが、建物や植物などで領域の一部が遮蔽されていたり、ノイズなどの影響で線が途切れ途切れになっているような場合、安定した特徴量とならない。
【００１２】
このように、従来技術では、直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ領域を抽出できないという問題がある。
【００１３】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ領域を抽出できるようにする新たな特定領域抽出技術の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の特定領域抽出装置は、画像から直線で構成された規則的なテクスチャを持つ特定の領域を抽出するために、▲１▼画像各点を中心とした任意の大きさを持つ円形の局所領域を作成する手段と、▲２▼局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める手段と、▲３▼エッジ接線を表わす２つのパラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行って、そのパラメータを２軸とする２次元の投票空間を作成する手段と、▲４▼その作成された２次元の投票空間から投票値のピークを抽出する手段と、▲５▼その抽出されたピークの数およびその抽出されたピークの間隔に基づいて、局所領域の代表点または局所領域全体を抽出対象の領域として抽出する手段とを備えるように構成する。
【００１５】
以上の各処理手段により実現される本発明の特定領域抽出方法はコンピュータプログラムで実現できるものであり、このコンピュータプログラムは、半導体メモリなどのような適当な記録媒体に記録して提供したり、ネットワークを介して提供することができる。
【００１６】
このように構成される本発明の特定領域抽出装置では、各画素を中心とした任意サイズの円形の局所領域を設定し、その局所領域内の各画素において横方向及び縦方向のエッジ差分計算を行い、その得られたエッジ差分値に基づいて、エッジ接線の角度パラメータと距離パラメータを求める。
【００１７】
続いて、その算出したエッジ接線パラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行い、角度パラメータと距離パラメータとを２軸とする２次元の投票空間に各エッジ接線パラメータを投票する。このとき、その投票値として、エッジパワー値を用いることがある。
【００１８】
そして、その投票結果により得られた２次元の投票空間から投票値のピークを抽出して、その抽出したピークの数とその抽出したピークの間隔とに基づいて、設定した局所領域の代表点またはブロック全体が抽出対象の領域であるのか否かを判定する。
【００１９】
このとき、２次元の投票空間を両軸方向に射影をとることで２つの１次元ヒストグラムに縮退させ、その２つの１次元ヒストグラムに対して閾値処理を行うことでヒストグラムのピークを抽出して、その抽出したピークの数とその抽出したピークの間隔とに基づいて、設定した局所領域の代表点またはブロック全体が抽出対象の領域であるのか否かを判定することがある。
【００２０】
なお、Ｈｏｕｇｈ変換については、上記した非特許文献１の１８７頁〜１９０頁や、上記した非特許文献３などに紹介されている。
【００２１】
このように、本発明は、線の途切れに対してロバストな直線検出方法であるＨｏｕｇｈ変換を応用し、Ｈｏｕｇｈ変換のパラメータ投票により作成される投票空間に着目することにより、直線で構成される規則的なテクスチャ模様を持つ領域の抽出を行うものである。
【００２２】
この構成に従って、本発明によれば、Ｈｏｕｇｈ変換の特長である線の途切れに対するロバスト性により、建物や植物などでテクスチャの一部がある程度遮蔽されている場合や、ノイズなどで線が途切れ途切れになっている場合でも安定した領域抽出が可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
【００２４】
図１に、本発明を具備する特定領域抽出処理装置１の一実施形態例を図示する。
【００２５】
本発明の特定領域抽出処理装置１は、街中や風景を撮影した画像の中から、ブロック塀やレンガ壁などのような直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ特定の領域を抽出する処理を行うものであって、この抽出処理を実現するために、風景写真や街中の写真などの画像を記憶する入力画像記憶部１０と、着目画素を中心として所定の大きさのブロックを取得するブロック取得処理部１１と、ブロック内の各点におけるエッジ接線のパラメータを求めるエッジ接線パラメータ算出処理部１２と、得られたエッジ接線パラメータをＨｏｕｇｈ変換して２次元の投票空間に投票するＨｏｕｇｈ変換処理部１３と、作成される投票空間用の投票空間メモリ１４と、投票空間に基づいて、直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ特定の領域を抽出する特定領域抽出処理部１５と、判定結果の特定領域情報１６とを備える。
【００２６】
図２に、本発明の特定領域抽出処理装置１の処理の流れを示す。
【００２７】
ブロック取得処理２００は、図１のブロック取得処理部１１が行う処理であり、入力画像記憶部１０に記憶されている風景写真や街中の写真などの入力画像１００について、着目画素を中心として一定サイズのブロックを取得する処理を行うものである。
【００２８】
ブロックの形は正方形、円形など任意であるが、本実施形態例では、図３に示すような円形のブロック３０を取得するものとする。円形のブロック３０を用いるのは、その後行われるエッジ接線パラメータ取得を極座標表現により行うのに都合がよいからである。
【００２９】
エッジ接線パラメータ計算処理３００は、図１のエッジ接線パラメータ算出処理部１２が行う処理であり、ブロック内の各点におけるエッジ接線を求める処理である。
【００３０】
ここでは、先ず最初に、画像に対して横方向及び縦方向の差分計算を施してエッジベクトルを取得し、続いて、その取得したエッジベクトルに基づいてエッジ接線パラメータを求める手法について説明する。この差分計算を行う前に、前処理としてガウシアンフィルタなどでぼかし処理を施すことにより、ノイズの影響を小さくすることができる。
【００３１】
図４は、エッジベクトルの算出方法を説明する図である。横方向の差分計算は、着目画素の左右の画素値を減算することにより、また、縦方向の差分計算は、着目画素の上下の画素値を減算することにより行う。以下、横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向と表すこととする。
【００３２】
図４（ａ）に示した例では、画素ＣにおけるエッジベクトルＣは、横方向の差分値をＣＸ  、縦方向の差分値をＣＹ  とおくと、隣接画素Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅの画素値より、
ＣＸ  ＝（Ｄ−Ｂ）／２，ＣＹ  ＝（Ｅ−Ａ）／２
と計算される。
【００３３】
また、画像の端にある画素については、上下左右の隣接画素が存在しない場合もある。この場合には、隣接画素と着目画素自身との差分を計算して、エッジベクトルの成分とする。
【００３４】
このような例を図４（ｂ）に示す。画素ＧにおけるエッジベクトルＧは、横方向の差分値をＧＸ  、縦方向の差分値をＧＹ  とおくと、隣接画素Ｆ、Ｈ、Ｉの画素値より、
ＧＸ  ＝（Ｈ−Ｇ），ＧＹ  ＝（Ｉ−Ｆ）／２
と計算される。
【００３５】
次に、得られたエッジベクトルからエッジ接線を表わす２つのパラメータを計算する。ここでブロックの中心を原点とおき、原点から接線までの距離ｒと、接線の法線ベクトルがＸ方向となす角度θとを、求めるべきエッジ接線パラメータとする。
【００３６】
図５は、エッジ接線パラメータの一例を説明する図である。図５から明らかなように、点Ｐにおけるエッジベクトル成分ＰＸ  ，ＰＹ  から、点Ｐにおけるエッジ接線のパラメータθＰ  ，ｒＰ  が簡単に計算される。
【００３７】
Ｈｏｕｇｈ変換処理４００は、図１のＨｏｕｇｈ変換処理部１３が行う処理であり、算出されたエッジ接線パラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行い、２次元の投票空間５００に投票していく処理である。
【００３８】
図６は、その投票処理の例を説明する図である。図５で示した点Ｐでのエッジ接線パラメータθＰ  とｒＰ  は、Ｈｏｕｇｈ変換の原理に従って、投票空間内の座標（θＰ  ，  ｒＰ  ）  に投票される。
【００３９】
投票される値は“＋１”の場合もあるが、本実施形態例では、エッジパワー値そのもの、すなわち、“（ＰＸ  ２  ＋ＰＹ  ２  ）１／２  ”を投票値とする。エッジパワー値を投票値とすることで、パワーの強いエッジのパラメータに重み付けをすることができる。
【００４０】
投票空間５００は、Ｈｏｕｇｈ変換処理４００をブロック内の全画素について行った結果、得られる投票空間である。
【００４１】
図７にその例を示す。ここで、図７（ａ）中に示す３０は、図３で説明した着目画素Ｏを中心とする円形ブロックである。
【００４２】
図７（ａ）は、原画像となるブロック塀を模式的に示した図であり、図７（ｂ）は、その原画像をＨｏｕｇｈ変換したときに得られる投票空間５００を模式的に示した図である。
【００４３】
この図７（ａ）に示す投票空間５００の横軸は角度パラメータの軸（範囲：０〜３６０°）であり、縦軸は距離パラメータの軸（範囲：０〜円形ブロックの半径）である。
【００４４】
図７（ａ）に示す原画像では、円形ブロック３０の内部に、▲１▼〜▲３▼に示す間隔ｄ２を持つ３本の垂直線と、▲４▼〜▲９▼に示す間隔ｄ１を持つ６本の水平線とが存在する例を示しており、これから、図７（ｂ）に示す投票空間５００には、これら９本の直線に対応するパラメータのピークが９つ発生することとなる。
【００４５】
ここで、円形ブロック３０の代わりに、例えば正方形のブロックを用いるようにすると、原点であるブロック中心点からブロック端までの距離が角度θにより異なることから、投票空間には独特のパターンが現れる。すなわち、２次元の投票空間には、４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向にピークを持つようなパターンが原理的に発生してしまう。
【００４６】
これから、本実施形態例では、円形ブロック３０を用いるようにしているが、原点からブロック端までの距離Ｒを表わす関数Ｒ（θ）に基づいて、２次元の投票空間のｒ軸を正規化していく方法を用いるようにすれば、正方形のブロックなどのような円形以外の形状を有するブロックを用いることも可能である。
【００４７】
ブロック内処理終了判定６００は、ブロック内の全画素について、エッジ接線パラメータ計算処理３００およびＨｏｕｇｈ変換処理４００が終了したのか否かを判定する処理である。未処理画素が存在する場合には、再びエッジ接線パラメータ計算処理３００へ戻り、未処理画素での処理を行う。
【００４８】
特定領域抽出処理７００は、図１の特定領域抽出処理部１５が行う処理であり、投票空間５００に基づいて、ブロックの代表点またはブロック全体が直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ特定の領域であるのか否かを判定することで、そのテクスチャ模様を持つ領域を抽出する処理を行う。ブロックの代表点としては、ブロックの中心画素、ブロック中心付近の画素などを用いることが考えられる。
【００４９】
本実施形態例では、２次元の投票空間５００をそのまま用いるのではなくて、横軸方向（角度パラメータ軸方向）に射影をとることで１次元に縮退させたヒストグラム（以下、角度パラメータヒストグラムと称する）を作成するとともに、縦軸方向（距離パラメータ軸方向）に射影をとることで１次元に縮退させたヒストグラム（以下、距離パラメータヒストグラムと称する）を作成して、そのようにして作成した２つのヒストグラムを用いる方法について説明する。
【００５０】
図８（ａ）に、図７（ｂ）に示す投票空間５００から作成した角度パラメータヒストグラムを示す。
【００５１】
この角度パラメータヒストグラムに対して、閾値Ｔｈ１により閾値処理した結果、４つのピークが抽出される。このとき、ピークの数とともに、ピークが発生した角度（０°，９０°，１８０°，２７０°）も分かる。
【００５２】
図８（ｂ）に、投票空間５００の角度パラメータ＝９０°の部分で作成した距離パラメータヒストグラムを示す。
【００５３】
この距離パラメータヒストグラムに対して、閾値Ｔｈ２により閾値処理すると、３つのピークが抽出される。このとき、ピークの数とともに、これら３つのピークの間隔ｄ１が求まる。
【００５４】
これにより、円形ブロック３０内には、９０°のエッジ接線を持つ直線が間隔ｄ１で３本存在することが判明する。
【００５５】
角度パラメータ＝０°，１８０°，２７０°の部分においても同様に距離パラメータヒストグラムを作成することにより、その角度を持つそれぞれの直線の数および間隔が得られることとなる。
【００５６】
以上の処理により、特定領域抽出処理７００は、原画像は水平方向の直線が間隔ｄ１で並び、また、垂直方向の直線が間隔ｄ２でならんでいるテクスチャ模様を持つことを検出し、この情報に基づいて、所望の抽出領域であるのか否かを判定することができる。
【００５７】
終了判定処理８００は、全画素について特定領域抽出処理７００が行われたのか否かを判定する処理である。まだ末処理である画素が存在する場合には、ブロック取得処理２００へ再度戻り、未処理画素について処理を行うことになる。
【００５８】
このようにして、本発明の特定領域抽出処理装置１は、直線で構成された規則的なテクスチャ模様を持つ特定の領域を抽出するので、ブロック塀、レンガ壁、ビルの壁面などといったような等間隔に直線が並ぶ規則的なテクスチャを持つ、これらの領域を安定的に抽出することが可能となる。
【００５９】
図示実施形態例に従って本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施形態例では水平垂直方向の直線で構成されるテクスチャを例として説明したが、斜め線により構成されるテクスチャの場合にも同様に処理できるものである。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、線の途切れに対してロバストな直線検出方法であるＨｏｕｇｈ変換を応用し、Ｈｏｕｇｈ変換のパラメータ投票により作成される投票空間に着目することにより、直線で構成される規則的なテクスチャ模様を持つ領域の抽出を行うものである。
【００６１】
この構成に従って、本発明によれば、Ｈｏｕｇｈ変換の特長である線の途切れに対するロバスト性により、建物や植物などでテクスチャの一部がある程度遮蔽されている場合や、ノイズなどで線が途切れ途切れになっている場合でも安定した領域抽出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特定領域抽出処理装置の一実施形態例である。
【図２】本発明の特定領域抽出処理装置の処理の流れを示す図である。
【図３】円形ブロックの例を示す図である。
【図４】エッジベクトルの算出方法を説明する図である。
【図５】エッジ接線パラメータの例を示す図である。
【図６】投票処理の例を説明する図である。
【図７】投票空間の例を示す図である。
【図８】角度パラメータヒストグラム及び距離パラメータヒストグラムの例を示す図である。
【符号の説明】
１    特定領域抽出処理装置
１０  入力画像記憶部
１１  ブロック取得処理部
１２  エッジ接線パラメータ算出処理部
１３  Ｈｏｕｇｈ変換処理部
１４  投票空間メモリ
１５  特定領域抽出処理部
１６  特定領域情報
【図１】
2004151815.tif 000003
【図２】
2004151815.tif 000004
【図３】
2004151815.tif 000005
【図４】
2004151815.tif 000006
【図５】
2004151815.tif 000007
【図６】
2004151815.tif 000008
【図７】
2004151815.tif 000009
【図８】
2004151815.tif 000010