轮廓定义设备和轮廓定义方法、以及图像处理设备

摘要

本发明涉及轮廓定义设备和轮廓定义方法、以及图像处理设备，轮廓定义设备包括边缘检测单元，检测边缘位置的像素，边缘位置的像素的每一个具有表示第一电平的值和表示第二电平的值之间的数据值；像素提取单元，提取边缘位置的像素，以及提取其附近的像素；边界线生成单元，在边缘位置的每一像素中，生成表示第一电平的区域和第二电平的区域之间的边界的边界线；以及链接处理单元，通过链接在边界线生成单元中生成的且用于位于边缘位置的像素生成的边界线，获得表示静止图像中，第一电平的区域和第二电平的区域之间的边界的轮廓。

说明书

相关申请的交叉引用

本发明包含与2006年5月26日在日本专利局提交的日本专利申请JP2006-146209有关的主题，其全部内容在此引入以供参考。

技术领域

本发明涉及轮廓定义设备，用来生成定义第一电平区域和第二电平区域之间的边界线的轮廓以及轮廓定义方法，并涉及图像处理设备。更具体地说，本发明涉及轮廓定义设备，不是以像素为单位，而是通过生成定义第一电平区和第二电平区之间的边界的边界线并链接所生成的边界线，高精度地定义轮廓。

背景技术

通常，在图像处理领域中，已经将检测静止图像中的目标的边缘的位置(在下文中称为“边缘位置”)的技术用于各种目的。例如，日本未审专利申请公开号No.8-36641公开了一种用于不是通过编码图像数据本身，而是通过编码经接连地检测图像数据的边缘获得的边缘数据，高编码率地编码图像数据的方法。此外，例如，日本未审专利申请公开号No.2004-79970公开了一种当在制作过程中，使用重叠标记，检测电路图形的重叠状态时，从使用CCD(电荷耦合器件)照相机俘获的图像，检测边缘位置(标记位置)的方法。在该边缘位置的检测中，例如，检测具有显著改变的数据值的像素部分。

发明内容

在日本未审专利申请公开号No.8-36641和No.2004-79970中所公开的检测边缘位置的方法中，以像素为单位检测边缘位置。然而，如果边缘位置定义表示黑电平区域和白电平区域之间的边界线的轮廓，例如，当执行通过递增像素数的图像的放大处理时，期望以比像素单位更精确的单位的边缘位置的检测。

因此，期望不是以像素为单位，而是高精度地获得轮廓定义。

根据本发明的实施例，提供一种轮廓定义设备，包括：边缘检测单元，配置成检测位于静止图像的边缘位置的像素，位于边缘位置的像素的每一个具有表示第一电平的值和表示大于表示第一电平的值的第二电平的值之间的数据值；像素提取单元，配置成提取使用边缘检测单元检测的、位于边缘位置的像素，以及提取位于边缘位置的像素附近的像素；边界线生成单元，配置成根据使用像素提取单元提取的像素的每一个的数据值，在位于边缘位置并使用边缘检测单元检测到的每一像素中，生成表示第一电平的区域和第二电平的区域之间的边界的边界线；以及链接处理单元，配置成通过链接在边界线生成单元中生成的且用于位于边缘位置并使用边缘检测单元检测到的像素生成的边界线，获得表示静止图像中第一电平的区域和第二电平的区域之间的边界的轮廓。

因此，由与包括在静止图像中的像素有关的数据条，检测位于静止图像的边缘位置的像素，位于边缘位置的每一像素具有表示第一电平(即黑电平)的值和表示第二电平(即白电平)的值之间的数据值。以像素为单位执行边缘位置的检测。此外，高精度地定义表示边缘位置的像素的第一电平区和第二电平区的边界的轮廓。其中，“第一电平”和“第二电平”的每一个是某一电平，即具有预定范围的电平。

具体地，提取位于边缘位置的像素及其附近的像素，以及根据像素的数据值，生成表示像素的第一电平区和第二电平区之间的边界的边界线。

在这种情况下，例如，对位于边缘位置的像素的每一个，根据位于边缘位置的像素的数据值和位于边缘位置的像素附近的像素的数据值之间的差值，确定边缘位置的像素中的边界线的角度。此外，根据表示位于边缘位置的每一像素的数据值的第一电平与第二电平的混合比，检测已经检测其角度的边界线的截距。因此，截距是边界线和像素框的交点的坐标。截距确定在位于边缘位置的每一像素中的边界线的位置。

此外，使在位于边缘位置的像素中生成的边界线彼此链接，由此获得表示静止图像的第一电平区和第二电平区之间的边界的轮廓。例如，设置位于边缘位置的像素的每一个的边界线的方向，以便使具有大的数据值的像素位于左或右侧，以及将链接到第一边界线的第二边界线设置成具有离第一边界线的终点最近的起点的边界线。

如上所述，根据位于边缘位置的像素的数据值和相应像素附近的像素的数据值，在位于边缘位置中并具有表示黑电平的值和表示白电平的值之间的数据值的像素中，生成表示第一电平区和第二电平区之间的边界的边界线。此后，使边界线彼此链接以便生成轮廓。不以像素为单位，而是高精度地定义轮廓。

例如，使用如上所述定义的轮廓，生成由大于原始图像数据的像素的数量构成的静止图像。在这种情况下，由于轮廓高精度地定义静止图像的黑电平区和白电平区的边界，在轮廓部分中，可以减少当放大图像时增加的、包括该轮廓并由此具有表示黑电平的值和表示白电平的值之间的数据值的像素的数量。因此，可以获得具有清楚轮廓的放大图像。

因此，根据位于边缘位置的像素的数据值和相应像素的附近的像素的数据值，在位于边缘位置并具有表示黑电平的值和表示白电平的值间的数据值的像素中，生成表示第一电平区和第二电平区之间的边界的边界线。此后，使边界线彼此链接以便生成轮廓。不以像素为单位，而是高精度地定义轮廓。

附图说明

图1是示例说明根据本发明的实施例的图像处理设备的结构的框图；

图2表示示例说明轮廓定义单元的功能框的框图；

图3表示示例说明像素的结构的图；

图4A至4C表示示例说明边界角和边界截距(boundaryintercept)的检测的处理的图；

图5A和5B表示示例说明用于边界线的链接处理的图；

图6表示示例说明边界线定义处理的处理过程的流程图；

图7表示示例说明边界线生成过程的处理过程的流程图；

图8表示示例说明边界线链接处理的处理过程的流程图；

图9表示示例说明静止图像的图；

图10表示静止图像部分的放大视图和表示边缘位置的像素；

图11表示矢量和边界线角的关系；

图12表示在边缘位置的每一像素中生成的边界线；

图13表示轮廓定义的结果的图；

图14表示示例说明数据生成单元的功能框的框图；

图15A至15D表示示例说明数据生成单元的处理的图；

图16A和16B是示例说明当不定义轮廓而增加像素的数量时，像素的数据值的图；

图17A和17B表示当定义轮廓时，图像及其放大图像的例子；以及

图18A和18B表示当不定义轮廓时，图像及其放大图像的例子。

具体实施方式

在下文中，将参考附图，描述根据本发明的实施例。图1表示根据实施例的图像处理设备100的结构。图像处理设备100包括通过总线101彼此连接的CPU(中央处理单元)101、ROM(只读存储器)102、RAM(随机存取存储器)103、图像存储单元104、诸如鼠标或键盘这样的用户操作单元105、扫描仪单元106、照相机单元107、显示单元108和打印机单元109。

CPU101控制整个设备的操作。ROM102存储操作CPU101所需的程序和数据。RAM103充当例如用于CPU101的工作空间。扫描仪单元106和照相机单元107用作用来输入由静止图像数据表示的静止图像的输入单元。显示单元108和打印机单元109用作用来输出由静止图像数据表示的静止图像的输出单元。在此注意，静止图像数据是包括多个像素数据的单色图像数据。每一像素数据是具有从0至255的值的八位数据。

在图1所示的图像处理设备100中，根据使用用户操作单元105的用户操作，由CPU101处理由扫描仪单元106或照相机单元107获得的静止图像数据。将所处理的静止图像数据提供给显示单元108或打印机单元109以便显示为显示图像或作为打印图像打印出来。

CPU101在静止图像数据上执行处理以便放大由静止图像数据表示的静止图像的区域。在该图像放大图像中，根据放大倍数，增加包括在待放大的图像区中的像素的数量。例如，当放大倍数为2时，将图像区的一半选择为待放大的区域以及将包括在被选图像区中的像素的数量增加到被选图像区的像素的原始数量的2倍。

CPU101包括用于图像放大处理的轮廓定义单元和数据生成单元。轮廓定义单元用来基于还未处理并存储在图像存储单元104中的静止图像数据，获得作为第一电平区的黑电平区和作为第二电平的白电平区之间的边界线。数据生成单元用来根据由轮廓定义单元定义的轮廓，通过增加待放大的图像区中的像素的数量，用来表示放大图像的静止图像数据。

图2表示轮廓定义单元200的功能框图。轮廓定义单元200包括边缘检测单元201、像素提取单元202、边界角检测单元203、边界截距检测单元204和链接处理单元205。边界角检测单元203和边界截距检测单元204用作边界线生成单元。

边缘检测单元201检测具有表示黑电平的值和表示白电平的值之间的数据值的边缘位置处的像素。注意表示黑电平的数据值设置成0以及表示白电平的数据值设置成255具有1至254的数据值的像素被检测为边缘位置的像素。表示黑电平的数据值和表示白电平的数据值可以具有预定范围，以便表示黑电平的数据值的范围从0至10，以及表示白电平的数据值的范围从245至255。

像素提取单元202根据由边缘检测单元201检测的边缘位置，提取位于边缘位置及其附近的像素。图3表示静止图像的像素结构。以水平方向中的N像素和垂直方向中的M像素的矩阵排列像素。

图4A表示提取像素的例子。在这种情况下，提取位于边缘位置的像素d0、在垂直方向中，位于与像素d0相邻的像素d1和d2，以及在水平方向中，位于与像素d0相邻的像素d3和d4。

边界角检测单元203根据位于边缘位置的像素的数据值和位于其附近的像素的数据值之间的差值，检测定义每一像素中的黑电平和白电平间的边界的边界线角度。在这种情况下，如图4B所示，通过将90度增加到从水平方向分量d2-d1(＝d2-d0+d0-d1)和垂直方向分量d4-d3(＝d4-d0+d0-d3)获得的矢量VC的角度，获得边界线(图4B中所示的虚线)的角度。

边界截距检测单元204根据表示位于边缘位置的像素的每一个的数据值的黑电平与白电平的混合比，如图4C所示，检测具有由边界角检测单元203检测的角度的边界线的截距。即，边界截距检测单元204检测为边界线与像素框的交点的坐标(xs，ys)和(xe，ye)。在这种情况下，正方像素的黑电平区的面积Sb与正方像素的白电平区的面积Sw的面积比对应于黑电平与白电平的上述混合比。

如上所述，以边缘位置的像素的每一个，生成表示像素中的黑电平区和白电平区间的边界的边界线BL。边界线BL表示分别位于边缘位置的一个中的每一像素中的黑电平区和白电平间的边界。设置边界线BL的方向以便使具有高数据值的像素位于右侧或左侧的一个上，例如在本实施例中，位于右侧上。在这种情况下，如图4C所示，坐标(xs，ys)是边界线BL的起始点，以及坐标(xe，ye)是边界线BL的终点。

链接处理单元205使由上述边界线生成单元(边界角检测单元203和边界截距检测单元204)生成的、位于边缘位置的像素的边界线彼此链接，以及获得定义静止图像中的黑电平区和白电平区间的边界的轮廓。在这种情况下，如图5A所示，将链接到第一边界线BL的第二边界线BL设置为具有最接近第一边界线BL的终点的起点的边界线。

在图5A中，使第一边界线BL的终点和第二边界线BL的起点彼此相连。然而，终点和起点的坐标在大多数情况下彼此不重合。因此，在链接处理的阶段，如图5B所示，通过边界线BL的中点的线BL′，链接彼此链接的两个边界线BL的每一个。线BL′定义轮廓。

将参考图6至8所示的流程图，描述图2所示的轮廓定义单元200的操作。

图6表示轮廓定义处理的处理过程。该过程在步骤ST1开始，以及在步骤ST2，对位于边缘位置的像素，生成边界线BL。在步骤ST3，通过链接在步骤ST2中生成的边界线BL，定义轮廓，然后，在步骤ST4，该过程终止。

图7详细地示例说明在图6的步骤ST2中执行的边界线生成处理的处理过程。该过程在步骤ST11中开始，以及在步骤ST12中，将屏幕的左角上的像素d(0，0)(参见图3)设置成感兴趣像素。在步骤ST13中，确定感兴趣的像素是否位于边缘位置。当感兴趣的像素的数据值在从大于0至小于255的范围中时，将该感兴趣像素确定为边缘位置的像素。

在图9中，将字符的图像表示为静止图像的例子。图10表示图9中所示的静止图像的部分的放大视图(由箭头P所示)，以及赋予像素的数值表示像素的数据值。在该例子中，具有数据值65，233，29，201，2，138，63，225，12和144的像素位于边缘位置。

当感兴趣像素位于边缘位置时，检测边界线的角度和边界线的截距，由此生成感兴趣像素的边界线。首先，根据感兴趣像素(位于边缘位置的像素)的数据值和位于感兴趣像素的附近的像素的数据值之间的差值，检测边界线的角度(参见图4A和4B)。例如，如果具有由图10所示的箭头Q所示的数据值138的像素为感兴趣像素，在图4中，将具有数据值138的像素设置为像素d0，具有数据值2的像素设置成像素d1，具有数据值255的像素设置成像素d2，具有数据值0的像素设置成像素d3，以及具有数据值255的像素设置成像素d4，因此，矢量VC的水平方向分量d2-d1为253，以及矢量VC的垂直方向分量d4-d3为255。相对于下右侧的水平方向，边界线处于45度，如图11中的箭头R所示。

接着，根据表示感兴趣像素(位于边缘位置的像素)的数据值的黑电平与白电平的混合比，检测边界线的截距(参考图4C)。例如，如果感兴趣像素具有数据值138，由表示数据值“0”的黑电平区构成感兴趣像素的面积的46％，以及由表示数据值255的白电平区构成感兴趣像素的面积的54％，它们混合在一起。鉴于此，检测截距以致正方像素中的黑电平区Sb与白电平区Sw的面积比设置成46∶54。

在步骤ST14中执行的过程后，过程进入步骤ST15。如果步骤ST13中的确定为负，过程直接进入步骤ST15。在步骤ST15，确定下一像素是否以光栅顺序存在。注意光栅顺序是指在图3所示的像素结构中，从d(0，0)，d(0，1)，...，d(0，N-0)，d(1，0)，d(1，1)，...，d(1，N-1)，...d(M-2，0)，d(M-2，1)，...，d(M-2，N-1)，d(M-1，0)，d(M-1，1)，...，到d(M-1，N-1)的像素顺序。

当步骤ST15中的确定为肯定时，在步骤ST16中，将下一像素设置成感兴趣像素，以及过程返回到步骤ST13，其中，执行与上述过程相同的过程。另一方面，当确定下一像素不存在时，过程进入步骤ST17，终止该过程。

如图7的流程图中所示，执行边界线生成处理，由此如图12所示，生成位于边缘位置的像素的边界线BL。

图8表示在图6的步骤ST3中执行的边界线链接处理的处理过程。该过程以步骤ST21开始，以及在步骤ST22中，将位于屏幕的左角中的像素d(0，0)设置成感兴趣像素(参见图3)。在步骤ST23中，确定感兴趣像素是否具有边界线。当确定为肯定时，过程进入步骤ST24，其中，确定边界线是否已用在上一链接处理中。当确定为否定时，过程进入步骤ST25，其中，将感兴趣像素设置成应当经受链接处理的链接处理像素。

然后，在步骤ST26中，确定链接处理像素附近的像素，例如与链接处理像素相邻的像素是否具有可用于链接的边界线。当确定为肯定时，过程进入步骤ST27，其中，将链接处理像素的边界线链接到具有与链接处理像素的边界线的终点最近的起始点的边界线。因此，在步骤ST28中，将“已使用”标记设置成链接边界线，以及将具有链接边界线的像素设置成链接处理像素，此后，过程返回到步骤ST26，以及从步骤ST26，向前执行上述过程。

在步骤ST26，当确定为否定时，过程进入步骤ST29，其中，将一系列链接处理的结果存储为形状，此后过程进入步骤ST30。当步骤ST23中的确定为否定时，或当步骤ST24中的确定为肯定时，过程直接进入步骤ST30。

在步骤ST30，确定下一像素是否以光栅顺序存在。当确定为肯定时，过程进入步骤ST31，其中，将下一像素设置成感兴趣像素，此后，过程返回到步骤ST23，以及从步骤ST23向前执行上述过程。另一方面，当步骤ST30的确定为否定时，过程进入步骤ST32，其中，终止该过程。

如图8的流程图中所示，执行边界线链接处理，由此，使边缘位置的像素的边界线彼此链接。因此，高精度地定义表示静止图像的黑电平和白电平区域的轮廓。图13表示用于图9中所示的静止图像的轮廓定义处理的结果。

现在，将描述用来生成表示使用由上述轮廓定义单元定义的轮廓放大的图像的静止图像数据的数据生成单元。在数据生成单元中，假定将放大图像面积的1/ER，其中，ER表示放大倍数。例如，如果放大倍数ER为2，将放大图像面积的1/2。数据生成单元增加将放大的图像的图像的图像区中的像素的数量以便获得ER倍的图像区的像素的像素的数量，由此生成表示放大图像的静止图像数据。可以在图像的水平方向和垂直方向中独立地设置放大倍数。

图14表示数据生成单元300的功能框图。数据生成单元300包括像素数量递增单元301和数据值确定单元302。像素数量递增单元301用来根据放大倍数，增加将放大的图像的图像区的水平和垂直方向中的像素的数量。

数据值确定单元302根据由轮廓定义单元定义的轮廓的位置，确定已经增加像素的数量后的像素的数据值。即，当像素处于黑电平区中时，将未定义轮廓的像素的数据值设置成“0”，而当像素处于白电平区中时，将未定义轮廓的像素的数据值设置成“255”。根据像素的黑电平区与白电平区的面积比，确定定义轮廓的像素的数据值，在这种情况下，当增加白电平区的面积时，增加数据值。

将参考图15A至15D，描述数据生成单元的处理操作。图15A表示增加像素的数量前的像素的例子。轮廓定义单元确定将具有数据值123的像素和具有数据值185的像素确定为位于边缘位置的像素。如图15B所示，在具有数据值123的像素和具有数据值185的像素中，生成表示具有数据值“0”的黑电平区和具有数据值“255”的白电平区之间的边界的轮廓。在数据生成单元中，根据所设置的放大倍数，增加水平方向的像素数量和垂直方向的像素数量，如图15C所示。然后，如图15D所示，根据轮廓的位置，确定像素的数据值。

根据图1所示的图像处理设备100，包括CPU101(参见图2)的轮廓定义单元200在位于边缘位置并具有表示黑电平的值和表示白电平的值之间的数据值的像素中，生成表示黑电平区和白电平区之间的边界的边界线BL。根据位于边缘位置及其附近的像素的数据值(参见图4)，生成边界线BL。因此，使所生成的边界线彼此链接以便获得轮廓(参见图5A至5D)。因此，不是以像素为单位，而是高精度地生成轮廓。

根据图1所示的图像处理设备100，包括CPU101的数据生成单元300(参见图14)用来在待放大的图像区中，按所设置的放大倍数增加像素的数量，以及根据使用轮廓定义单元200定义的轮廓，确定像素的数据值(参见图15)。由于轮廓高精度地定义静止图像的黑电平区和白电平区的边界，可以在轮廓部分中减少当放大图像时增加的、包括轮廓并由此具有表示黑电平的值和表示白电平的值之间的数据值的像素的数量。因此，可以获得具有清楚轮廓的放大图像。

例如，图16B表示不定义图15B所示的轮廓，而仅使用图16A所示的像素(与图15A所示相同的像素)，当增加像素的数量时的像素的数据值。定义轮廓的具有大于“0”和小于“255”之间的数据值的像素的数量大于图15D所示的值。

图17B是由生成为静止图像数据并使用预先定义的轮廓放大的图17A(对应于图15A和16A)所示的图像生成的放大图像。因此，放大图像具有清楚轮廓。另一方面，图18B是由在未定义轮廓的情况下，生成为静止图像数据并且放大的图18A(对应于图15A和16A)所示的图像生成的放大图像。因此，放大图像具有不清楚轮廓并且为模糊图像。

在上述实施例中，尽管获得表示静止图像的黑电平区和白电平区之间的边界的轮廓，本发明不限于此。可以类似地获得表示第一电平区和具有大于第一电平区的数据值的第二电平区之间的边界的轮廓。

在上述实施例中，尽管为图像放大处理定义轮廓，但在扫描技术和其他技术中，可以使用如上所述定义的轮廓。

本领域的技术人员应理解到由设计需要和其他因素而定，可以出现各种改进、组合和子组合和替代，只要它们落在附加权利要求及其等效的范围内。