(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データを受けて、該画像データの低周波成分を通過させる平滑化フィルタ（２）と、前記画像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して出力する減算器（３）とを有する孤立領域強調フィルタ回路において、
前記画像データのうちの孤立領域を含む限定された周波数成分を出力する帯域通過フィルタ（６）と、
前記減算器の出力信号と前記帯域通過フィルタの出力信号とを演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路（４）とを含むことを特徴とする孤立領域強調フィルタ回路。
【請求項２】
画像データを受けて、該画像データの低周波成分を通過させる平滑化フィルタ（２）と、前記画像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して出力する減算器（３）とを有する孤立領域強調フィルタ回路において、
前記画像データを入力とする最大値フィルタ（７）と、
前記画像データから任意の局所領域を抜きだし、該局所領域内の最外周の画素データのうちの最大値を出力する局所最大値フィルタ（８）と、
前記最大値フィルタの出力信号から前記局所最大値フィルタの出力信号を減算して、前記画像データの孤立領域を含む限定された信号を出力する減算回路（９）と、
前記減算器の出力信号と前記減算回路の出力信号とを演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路（４）とを含むことを特徴とする孤立領域強調フィルタ回路。
【請求項３】
画像データを受けて、該画像データの低周波成分を通過させる平滑化フィルタ（２）と、前記画像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して出力する減算器（３）とを有する孤立領域強調フィルタ回路において、
前記画像データから任意の局所領域を抜きだし、該局所領域内の最外周の画素データのうちの最大値を出力する局所最大値フィルタ（８）と、
前記画像データから前記局所最大値フィルタの出力信号を減算して、前記画像データの孤立領域を含む限定された信号を出力する減算回路（９）と、
前記減算器の出力信号と前記減算回路の出力信号とを演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路（４）とを含むことを特徴とする孤立領域強調フィルタ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データをフィルタ処理するフィルタ回路に係り、特に、画像データ中の孤立領域を強調する孤立領域強調フィルタ回路に関する。
孤立領域強調フィルタ回路は、例えば撮像された被検査物中の欠陥や異物を検出する回路に使用される。より具体的には、Ｘ線透過画像を用いて、食品などの被測定物に混入する金属、石、ガラス等の微小異物を高感度に検出する異物検出機等の画像のディジタル信号処理に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、食品などの被測定物に混入している金属等の異物を検出するため撮像するＸ線透過画像中には、異物が存在するためにその周囲とは画素データの異なる画素または画素の集まりから成る孤立領域が現れる。また、被測定物の輪郭等はエッジ領域を形成する。
画像のディジタル信号処理を行い、画像中に孤立領域として現れる被測定物へ混入した異物の有無を判定する方法には、該孤立領域を強調するために種々のフィルタ処理が試みられている。提案されたフィルタ処理のほとんどは、高域強調フィルタを用いて、画像の高周波成分を強調する手法である。
【０００３】
ここで図１２に、従来のアンシャープマスキング法を用いた高域強調フィルタ回路を示す。入力端子１から入力された信号は、平滑化フィルタ２、減算器３に分配される。平滑化フィルタ２は入力信号から高周波成分を除去し低周波成分のみを出力する。減算器３は入力信号から平滑化フィルタ２の出力信号を減算する。これにより高周波成分が強調された信号が出力端子５から出力される。これら一連の動作を式であらわすと、式（１）のようになる。
ｙ（ｉ，ｊ）＝｛ｘ（ｉ，ｊ）−ｘ’（ｉ，ｊ）｝                （１）
式（１）中、ｙ（ｉ，ｊ）は出力画像、ｘ（ｉ，ｊ）は入力画像、ｘ’（ｉ，ｊ）は入力画像の平滑化フィルタ２出力後の画像である。平滑化フィルタには、移動平均フィルタや、メディアンフィルタを用いる方法などがある。移動平均フィルタとは、ある時点のデータを決定する際、その時点の前後のデータの平均値の値を、その時点のデータとして決定する処理である。またメディアンフィルタとは、ある時点のデータを決定する際、その時点の前後のデータを並べ変えて、それらの中間（メディアン）の値を、その時点のデータとして決定するフィルタ処理である。移動平均フィルタを用いたアンシャープマスキングは、孤立領域だけでなくエッジも強調するという欠点が有る。一方メディアンフィルタを用いたアンシャープマスキングは、エッジは強調しないが、スパイク状のノイズを強調するという欠点が有る。
【０００４】
例として、図９に食品に異物が混入したＸ線透過画像を、図１１（ａ），（ｂ）に従来の孤立領域強調フィルタ回路である高域強調フィルタをもちいた処理結果を示す。図中中央部に５つの異物が混入している。図１１（ａ）に示すように、移動平均フィルタを用いたアンシャープマスキング結果は、食品の像が薄くなり異物が強調されていることがわかる。しかし食品自身のエッジ状の高周波成分が消えずに残っている部分があり、閾値判定を行った結果、異物と食品との区別が困難となる場合が有った。
また、図１１（ｂ）に示すように、メディアンフィルタを用いたアンシャープマスキング結果は、食品の像が薄くなり、異物が強調されていることがわかる。しかし食品自身のスパイク状の高周波成分が消えずに残っている部分があり、閾値判定を行った結果、異物と食品の区別が困難となる場合が有った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の孤立領域強調フィルタ回路である高域強調フィルタの場合、高域の周波数成分を強調することで、孤立領域である異物の検出を行っている。そのため食品自身の高周波成分、例えば、エッジなども強調してしまい、その結果、正常食品の誤判定が起こるという問題点が有った。つまり、検出感度を上げようと判定閾値を調整すると、食品自身の高周波成分が異物として誤認識される。検出感度の向上効果を得る代わりに、正常品の誤判定が増加するというトレードオフの関係に有った。
本発明の目的は、例えば撮像された被検査物中の欠陥や異物を強調し検出する回路において、被測定物自身の高周波成分の影響を低減し、欠陥や異物のみを選択的に強調する画像のディジタル信号処理が行える孤立領域強調フィルタ回路を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、画像データに孤立領域を含む限定された信号を出力するフィルタを施し、その出力を係数として、従来の孤立領域強調フィルタ回路である高域強調フィルタに導入することとした。
すなわち、本発明の請求項１の孤立領域強調フィルタ回路は、画像データを受けて、該画像データの低周波成分を通過させる平滑化フィルタと、前記画像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して出力する減算器とを有する孤立領域強調フィルタ回路において、前記画像データのうちの孤立領域を含む限定された周波数成分を出力する帯域通過フィルタと、前記減算器の出力信号と前記帯域通過フィルタの出力信号とを演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路とを含んでいる。
【０００７】
また、本発明の請求項２の孤立領域強調フィルタ回路は、画像データを受けて、該画像データの低周波成分を通過させる平滑化フィルタと、前記画像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して出力する減算器とを有する孤立領域強調フィルタ回路において、前記画像データを入力とする最大値フィルタと、前記画像データから任意の局所領域を抜きだし、該局所領域内の最外周の画素データのうちの最大値を出力する局所最大値フィルタと、前記最大値フィルタの出力信号から前記局所最大値フィルタの出力信号を減算して、前記画像データの孤立領域を含む限定された信号を出力する減算回路と、前記減算器の出力信号と前記減算回路の出力信号とを演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路とを含んでいる。
【０００８】
そして、本発明の請求項３の孤立領域強調フィルタ回路は、画像データを受けて、該画像データの低周波成分を通過させる平滑化フィルタと、前記画像データから前記平滑化フィルタの出力信号を減算して出力する減算器とを有する孤立領域強調フィルタ回路において、前記画像データから任意の局所領域を抜きだし、該局所領域内の最外周の画素データのうちの最大値を出力する局所最大値フィルタと、前記画像データから前記局所最大値フィルタの出力信号を減算して、前記画像データの孤立領域を含む限定された信号を出力する減算回路と、前記減算器の出力信号と前記減算回路の出力信号とを演算して孤立領域を強調した信号を出力する演算回路とを含んでいる。
【０００９】
【作用】
本発明の孤立領域強調フィルタ回路は、異物検出機における画像中の被測定物自身の高周波成分、例えばエッジにおいては、高域強調フィルタの出力を制限し、孤立領域においては、高域強調フィルタの出力を増加させる。すなわち、入力信号の変化が大きくてもエッジ部分は、孤立領域として検出されず、フィルタ処理が行われないため、エッジの影響を低減し、孤立領域のみを選択的に強調することが出来る。
【００１０】
高域強調フィルタの出力の制御は、入力信号の孤立領域を含む限定された周波数成分を出力するフィルタを用いて行う。そのようなフィルタは、エッジ部分を阻止し孤立領域を通過させるように設計する。例えば、平滑化特性の異った２種類の平滑化フィルタをもちいて、それぞれの差分をとることにより、孤立領域のみに限定された成分を取り出す。
この結果、判定閾値を調整しても被測定物のエッジが誤判定として現れることがなくなり、高感度な欠陥、異物検出が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、Ｘ線画像をもちいた食品中の異物検出の事例を使って説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。図１において１は画像信号を入力する為の入力端子、２は平滑化フィルタ、３は減算器、４は演算回路、５は出力端子、６は帯域通過フィルタである。入力端子１から入力された信号は、平滑化フィルタ２と帯域通過フィルタ６と減算器３とに入力される。平滑化フィルタ２によって処理された信号は、減算器３において入力信号との差分を計算することにより、信号の高周波成分が強調され出力される。一方、帯域通過フィルタ６は食品のエッジではほぼゼロに近い信号を出力し、異物に対しては、大きな値を出力するように帯域を制限した信号を出力する。この信号により食品エッジの抑制と異物の強調が制御される。帯域通過フィルタの例としては、平滑化特性の異った２種類の平滑化フィルタと、両者の差分をとる減算回路を用いて構成できる。
【００１２】
このようにして得られた帯域通過フィルタ６からの信号に基づいて、食品のエッジ部分では、小さな重みを、異物の部分には大きな重みをつける様に減算器３の出力を制御する。この動作は式（１）に局所領域に応じた係数を導入することと同じである。出力を制御する演算回路４では、通常は乗算を行うが、対象とする被測定物に応じて加算、非線形演算などを選択する場合がある。局所領域に応じた係数をａ（ｉ，ｊ）とすると式（１）を次のように拡張することが出来る。ｙ（ｉ，ｊ）＝ａ（ｉ，ｊ）＊｛ｘ（ｉ，ｊ）−ｘ’（ｉ，ｊ）｝  （２）本発明では、ａ（ｉ，ｊ）に孤立領域を含む限定された周波数成分を出力する帯域通過フィルタの出力を用いることにより、選択的な孤立点強調を達成した。
【００１３】
図２は本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。図２において１から５は第１の実施の形態と同じであり、７は最大値フィルタ、８は局所最大値フィルタ、９は減算回路である。第１の実施の形態との違いは、孤立領域を含む限定された周波数成分を出力する帯域通過フィルタを、２種類の最大値フィルタと減算回路を用いて構成したことである。
入力端子１から入力された信号は、減算器３と平滑化フィルタ２と最大値フィルタ７と局所最大値フィルタ８とに入力される。平滑化フィルタ２によって処理された信号は、減算器３において入力信号との差分を計算することにより、信号の高周波成分が強調され出力される。
一方、最大値フィルタ７によって処理された信号は、減算回路９に入力され、局所最大値フィルタ８の出力信号との差分が計算される。減算回路９は、食品のエッジではほぼゼロに近い信号を出力し、異物に対しては、大きな値を出力するように帯域を制限した信号を出力する。この信号により食品エッジの抑制と異物の強調が制御される。
【００１４】
本実施の形態における食品エッジの抑制と、異物の強調の様子を図３、図４を用いて説明する。
ここで最大値フィルタは、図３（ａ）に示すように、ある時点のデータを決定する際、ｎ×ｎ画素（ｎは３以上、図３では９）領域中の、画素データの最大値を、その時点のデータとして決定するフィルタ処理である。また、局所最大値フィルタは、図３（ｂ）に示すようにある時点のデータを決定する際、ｎ×ｎ画素（ｎは３以上、図３では９）領域中の最外周の画素データの最大値を、その時点のデータとして決定するフィルタ処理である。それぞれのフィルタサイズは、検出したい異物の大きさよりもやや大きく設定する。経験上４〜８画素程度大きくしておくと良い。
【００１５】
これらのフィルタを孤立領域や食品エッジに作用させた場合の働きを、模式的に表した図４を用いて説明する。図４（ａ）は孤立領域ａに最大値フィルタｂを作用させた場合である。最大値フィルタｂは、孤立領域ａの頂点で止まり、頂点の値を出力する。図４（ｂ）は孤立領域ａに局所最大値フィルタｃを作用させた場合である。局所最大値フィルタｃは、孤立領域ａの裾野まで落ち込み、裾野の値を出力する。したがって、両者の出力の差分を求めれば孤立領域ａの高さ分の出力が得られる。一方、図４（ｃ）は、エッジｄに局所最大値フィルタｃを作用させた場合である。エッジｄでは、最大値フィルタｂ、局所最大値フィルタｃともに下まで落ち込むことが出来ないので、両者の出力の差分はゼロとなり、出力は得られない。
以上の説明からわかるように、減算回路９の出力は、食品のエッジではほぼゼロに近い値が出力され、異物に対しては、大きな値を出力するように帯域が制限された信号が得られる。この信号により食品エッジの抑制と異物の強調が制御される。
【００１６】
図９の画像に対する減算回路９の出力を図５に示す。食品自身のスパイク状の高周波成分も残っているが、図中中央部に位置する５つの異物に対して大きな出力が得られていることがわかる。
図１０に、本発明の孤立領域強調フィルタ回路をもちいて図９の画像を処理した結果を示す。図中中央部にならぶ突出した５つのピークは異物信号である。
平滑化フィルタ２にはメディアンフィルタを、演算回路４には乗算器を用いた。図１１（ａ）、（ｂ）や図５で見られてた食品自身のスパイク状の高周波成分が大幅に低減し、孤立領域である異物のみが選択的に強調されていることがわかる。
【００１７】
以上、実際の検出例を用いて説明したように、本発明による孤立領域強調フィルタ回路は、選択性が高く、画像中の欠陥や異物に対応する孤立領域のみを強調するため、被測定物と欠陥、異物とをはっきり区別することが可能である。この結果、従来のアンシャープマスキング法を用いた高域強調フィルタを用いた場合に比べ、高感度な孤立領域強調が可能となる。
なお平滑化フィルタ２に移動平均フィルタや低域通過フィルタをもちいても同等の効果が得られる。また、演算回路４に加算器や、最大値回路、ファジイ回路などの非線形回路を用いても同等の効果が得られる。
【００１８】
図６は本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。図６において１から５は第２の実施の形態と同じであり、８は局所最大値フィルタ、９は減算回路である。
入力端子１から入力された信号は、減算器３と平滑化フィルタ２と減算回路９と局所最大値フィルタ８とに入力される。平滑化フィルタ２によって処理された信号は、減算器３において入力信号との差分を計算することにより、信号の高周波成分が強調され出力される。
一方、局所最大値フィルタ８によって処理された信号は、減算回路９に入力され、入力信号との差分が計算される。減算回路９は、食品のエッジではほぼゼロに近い信号を出力し、異物に対しては、大きな値を出力するように帯域を制限した信号を出力する。この信号により食品エッジの抑制と異物の強調が制御される。本実施の形態における食品エッジの抑制と、異物の強調の制御の様子は、第２の実施の形態で説明した通りである。
以上の結果、本実施の形態の場合、食品自身のスパイク状の高周波成分が大幅に低減し、孤立領域である異物のみを選択的に強調することが出来る。また、本実施の形態では、前記第２の実施の形態に比べ、フィルタ個数が１つ少ないので、前記第２の実施の形態に比べ高速な処理が可能である。
【００１９】
図７は本発明の第４の実施の形態の構成を示すブロック図である。この例は、第１の実施の形態の平滑化フィルタを、メディアンフィルタを用いて構成した例である。メディアンフィルタは、エッジ以外の高周波成分、特にインパルス状のノイズに対して大きな除去効果がある。したがって、減算器３の出力には、エッジの影響が低減され、インパルス状の信号が強調された結果が出力される。この結果に、孤立領域に大きな重みを出力する帯域通過フィルタ６からの出力を演算する事によって、孤立領域のみを選択的に強調することが出来る。食品のエッジが急峻で、従来の孤立領域強調フィルタ回路では、食品エッジの影響が大きかった場合に特に効果が期待できる。
【００２０】
図８は本発明の第５の実施の形態の構成を示すブロック図である。この例は、第１の実施の形態の平滑化フィルタを、移動平均フィルタを用いて構成した例である。移動平均フィルタは、エッジや孤立領域である高周波成分に対して大きな除去効果がある。したがって、減算器３の出力には、エッジや孤立領域が強調された結果が出力される。この結果に孤立領域に大きな重みを出力する帯域通過フィルタの出力を演算することにより孤立領域のみを選択的に強調することが出来る。しかしエッジに対しても出力が得られるので、食品のエッジが滑らかで、エッジが尖った異物を検出したい場合は、特に効果が期待できる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の孤立領域抽出フィルタ回路は、画像データに孤立領域を含む限定された信号を出力するフィルタを施し、その出力を係数として、従来の孤立領域強調フィルタ回路である高域強調フィルタに導入することとしたから、例えば異物検出機等のディジタル画像のフィルタ処理において、被測定物自身の高周波領域では、重み係数を小さくし、被測定物中に存在する欠陥や異物などの孤立領域では、重み係数を大きくすることで、被測定物の影響を低減し、孤立領域のみを選択的に強調することができる。その結果、例えば撮像された被検査物中の欠陥や異物を強調し検出する回路において、被測定物自身の高周波成分の影響を低減し、欠陥や異物のみを選択的に強調する画像のディジタル信号処理が行える孤立領域強調フィルタ回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】最大値フィルタと局所最大値フィルタを説明するための図であり、（ａ）は最大値フィルタを、（ｂ）は局所最大値フィルタを説明するための図である。
【図４】エッジの抑制と、孤立領域（異物）の強調の様子を説明するための図であり、（ａ）は孤立領域と最大値フィルタの関係を、（ｂ）は孤立領域と局所最大値フィルタの関係を、（ｃ）はエッジと局所最大値フィルタの関係を示す図である。
【図５】図９の画像に対する減算回路８の出力を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示すブロック図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態を示すブロック図である。
【図９】異物が混入した食品のＸ線透過画像を示す図である。
【図１０】図９の画像を本発明の孤立領域強調フィルタ回路をもちいて処理した結果を示す図である。
【図１１】図９の画像を従来の孤立領域強調フィルタ回路をもちいて処理した結果を示す図であり、（ａ）は平滑化フィルタとして移動平均フィルタをもちいた場合、（ｂ）は平滑化フィルタとしてメディアンフィルタをもちいた場合の図である。
【図１２】従来の孤立領域強調フィルタ回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  入力端子
２  平滑化フィルタ
３  減算器
４  演算回路
５  出力端子
６  帯域通過フィルタ
７  最大値フィルタ
８  局所最大値フィルタ
９  減算回路
【図１】
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【図２】
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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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【図９】
0003871292.tif 000010
【図１０】
0003871292.tif 000011
【図１１】
0003871292.tif 000012
【図１２】
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