輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法
【課題】計算量が多い三角関数を用いることなく、高速に輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法を提供する。
【解決手段】注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り（Ｂ１）、当該８つの画素の輝度値から注目画素を中心とする８つの点対称方向の輝度差分値を求め（Ｂ２）、８つの輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め（Ｂ３）、最大輝度差分値を有する方向の画素が中央の番号となるように、８つの画素に時計回りに順に仮番号を割り振り（Ｂ４）、中央の番号とその両隣の画素の仮番号について、最大輝度差分値と両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求め（Ｂ５）、仮番号の重み付き平均値から中央の番号を引くと共に、最大輝度差分値を有する方向の画素の番号を加えることにより、注目画素における輝度勾配方向を検出する（Ｂ６）。
【解決手段】注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り（Ｂ１）、当該８つの画素の輝度値から注目画素を中心とする８つの点対称方向の輝度差分値を求め（Ｂ２）、８つの輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め（Ｂ３）、最大輝度差分値を有する方向の画素が中央の番号となるように、８つの画素に時計回りに順に仮番号を割り振り（Ｂ４）、中央の番号とその両隣の画素の仮番号について、最大輝度差分値と両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求め（Ｂ５）、仮番号の重み付き平均値から中央の番号を引くと共に、最大輝度差分値を有する方向の画素の番号を加えることにより、注目画素における輝度勾配方向を検出する（Ｂ６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理により、画像上の各画素における輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像上の各画素における輝度勾配方向を求める方法として、Sobelオペレータのような微分フィルタを用いて、縦方向・横方向の輝度勾配強度を求め、この縦横方向それぞれの輝度勾配強度を用いて、次の２種類の方法により、輝度勾配方向を表現している。
【０００３】
（１）タンジェント（正接）の逆関数を用いて、角度を計算し、輝度勾配方向を角度で表現する。
例えば、下記特許文献１、２においては、Sobelオペレータによって求めた縦横方向それぞれの輝度勾配強度を基に、三角関数を用いて角度を求めることで、輝度勾配方向を求める方法が用いられている。
【０００４】
（２）縦横方向それぞれの輝度勾配強度を成分とする２次元ベクトルとして輝度勾配方向を表現する。
例えば、下記特許文献３においては、Sobelオペレータによって求めた縦横方向それぞれの輝度勾配強度を成分とする２次元ベクトルとして輝度勾配方向を表現する方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４０６８４号公報
【特許文献２】特開２００６−０２５３９４号公報
【特許文献３】特開２００４−１６４０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
画像特徴量として、画像中の輝度勾配情報を基に構成されるものが多くある。この輝度勾配情報の内、輝度勾配方向については、縦方向及び横方向の輝度勾配強度からタンジェント（正接）の逆関数により角度を計算し、輝度勾配方向を算出する手法が一般的である。しかしながら、この計算では、三角関数を用いるため計算量が多く、高速解析（リアルタイムでの解析等）には適していない。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、計算量が多い三角関数を用いることなく、高速に輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第１の発明に係る輝度勾配方向検出器は、
画像データ中の注目している注目画素について、当該注目画素における輝度勾配方向を演算する演算装置を備えた輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
前記注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振る画素番号設定部と、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求める輝度差分値計算部と、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求める最大輝度差分値検出部と、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素が最小値及び最大値を除く所定番号となるように、前記８つの画素に時計回りに順に仮番号を振り直す画素番号再設定部と、
前記所定番号と前記所定番号の両隣の画素の仮番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求める重み付き平均計算部と、
前記仮番号の重み付き平均値から前記所定番号を引くと共に、前記最大輝度差分値を有する方向の画素の当初の番号を加えることにより、前記注目画素における輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向計算部とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明に係る輝度勾配方向検出器は、
画像データ中の注目している注目画素について、当該注目画素における輝度勾配方向を演算する演算装置を備えた輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
前記注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振る画素番号設定部と、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求める輝度差分値計算部と、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求める最大輝度差分値検出部と、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号と当該番号の両隣の番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の方向の輝度差分値を重みとして、番号の重み付き平均値を求める重み付き平均計算部と、
前記番号の重み付き平均値を前記注目画素における輝度勾配方向として検出する輝度勾配方向計算部とを有することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明に係る輝度勾配方向検出器は、
上記第１又は第２の発明に記載の輝度勾配方向検出器において、
前記輝度差分値計算部は、前記輝度差分値を求める際、任意の方向の画素及び当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、当該複数の画素の点対称位置にある他の画素及び当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を用いることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第４の発明に係る輝度勾配方向検出器は、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
更に、検出した前記輝度勾配方向を３６０度の角度方向へ換算して出力する角度換算部を有することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第５の発明に係る輝度勾配方向検出方法は、
画像データ中の注目している注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求め、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素が最小値及び最大値を除く所定番号となるように、前記８つの画素に時計回りに順に仮番号を振り直し、
前記所定番号と前記所定番号の両隣の画素の仮番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求め、
前記仮番号の重み付き平均値から前記所定番号を引くと共に、前記最大輝度差分値を有する方向の画素の当初の番号を加えることにより、前記注目画素における輝度勾配方向を検出することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第６の発明に係る輝度勾配方向検出方法は、
画像データ中の注目している注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求め、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号と当該番号の両隣の番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の方向の輝度差分値を重みとして、番号の重み付き平均値を求め、
前記番号の重み付き平均値を前記注目画素における輝度勾配方向として検出することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第７の発明に係る輝度勾配方向検出方法は、
上記第５又は第６の発明に記載の輝度勾配方向検出方法において、
前記輝度差分値を求める際、任意の方向の画素及び当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、当該複数の画素の点対称位置にある他の画素及び当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を用いることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第８の発明に係る輝度勾配方向検出方法は、
上記第５〜第７のいずれか１つの発明に記載の輝度勾配方向検出方法において、
更に、検出した前記輝度勾配方向を３６０度の角度方向へ換算して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、三角関数を用いることなく、高速に輝度勾配方向を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】注目画素Ｐを囲む８つの画素に割り振った番号を示す図である。
【図２】注目画素Ｐを囲む８つの画素において、その輝度値と、点対称方向の輝度差分値を説明する図である。
【図３】注目画素Ｐを囲む８つの画素において、最大輝度差分値の方向の画素を中央番号として付け直した画素の仮番号を示す図である。
【図４】各画素の注目画素Ｐに対する方向を説明する図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、各々、画素の番号を横軸とした輝度値、輝度差分値の分布例を示す図である。
【図６】本発明に係る輝度勾配方向検出器の実施形態の一例（実施例１）を示す概略構成図である。
【図７】図６に示した輝度勾配方向検出器における輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【図８】図６に示した輝度勾配方向検出器における輝度勾配方向検出方法の他の一例（実施例２）を説明するフローチャートである。
【図９】本発明に係る輝度勾配方向検出器の実施形態の他の一例（実施例３）を示す概略構成図である。
【図１０】図９に示した輝度勾配方向検出器における輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、各々、画素の番号を横軸とした輝度値、輝度差分値の分布例を示す図である。
【図１２】本発明に係る輝度勾配方向検出器の実施形態の他の一例（実施例４）を示す概略構成図である。
【図１３】図１２に示した輝度勾配方向検出器における輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法について、図１〜図１３を参照して、その実施形態のいくつかを説明する。
【００１９】
最初に、本発明の概略を説明する。輝度勾配方向は、特に、３６０度の角度方向で表現する必要はない。従って、本発明では、図１に示すように、任意の注目画素Ｐを中心とする３画素×３画素の領域において、注目画素Ｐを囲む８つの画素に対し、１２時方向（図中の真上の方向）を０として、時計回りに順に０から７までの整数の番号を振り、これらの番号を用いた演算により、輝度勾配強度の最も高い方向を推定し、この方向を注目画素Ｐにおける輝度勾配方向として検出しており、０以上８未満の数値（整数とは限らない。）を用いて輝度勾配方向を表現するようにしている。なお、必要な場合には、後述の実施例３で説明するように、０以上８未満の数値で表現した輝度勾配方向を、３６０度の角度方向に変換可能である。
【００２０】
（実施例１）
本実施例の輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法について、図１〜図５と共に、図６、図７を参照して、説明を行う。
【００２１】
本実施例において、輝度勾配方向検出器１１は、図６に示すように、画素番号設定部Ｂ１と、輝度差分値計算部Ｂ２と、最大輝度差分値計算部Ｂ３と、画素番号再設定部Ｂ４と、重み付き平均計算部Ｂ５と、輝度勾配計算部Ｂ６とを有する演算装置である。この輝度勾配方向検出器１１では、画像を撮影するカメラ１２から入力された画像データにおいて、後述する手順を用いて、輝度勾配方向を検出し、検出した輝度勾配方向をディスプレイ１３に表示するようにしている。
【００２２】
なお、画像データは、カメラ１２からのデータに限らず、例えば、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）等の記録媒体に記録した画像データを用いてもよい。又、検出した輝度勾配方向は、ディスプレイ１３に限らず、例えば、プリンタ等に出力するようにしてもよいし、又、ＨＤＤ等の記録媒体に記録し、画像データ同士の比較に用いるようにしてもよい。
【００２３】
まず、画素番号設定部Ｂ１では、入力された画像データ中において、注目画素位置を選択し、選択した位置の注目画素Ｐを中心とする３画素×３画素の領域において、図１で説明したように、注目画素Ｐを囲む８つの画素に対し、１２時方向（図中の真上の方向）を０として、時計回りに順に０から７までの整数の番号を設定する（図７のステップＳ１）。
【００２４】
次に、輝度差分値計算部Ｂ２では、注目画素Ｐを中心とする３画素×３画素の領域において、注目画素Ｐを囲む８つの画素の輝度値から、注目画素Ｐを中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を、輝度勾配強度として計算する（図７のステップＳ２ａ）。注目画素Ｐの選択は、画像データの全画素に対して行う場合には、各位置の画素を順次選択するようにすればよい。又、特定の条件を満たす画素のみを選択してもよい。
【００２５】
図１で説明したように、注目画素Ｐを囲む８つの画素には、１２時方向を０として、時計回りにｉ＝０〜７の整数の番号が割り振られている。そして、図２に示すように、各画素の輝度値をＩｉ、点対称方向の輝度差分値Ｄｉとすると、４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉは次のように計算できる。
【００２６】
Ｄ０＝Ｉ０−Ｉ４
Ｄ１＝Ｉ１−Ｉ５
Ｄ２＝Ｉ２−Ｉ６
Ｄ３＝Ｉ３−Ｉ７
【００２７】
一方、他の４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉは、先に求めた４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉの逆方向に輝度差分値であり、次のように計算できる。
【００２８】
Ｄ４＝Ｉ４−Ｉ０＝−Ｄ０
Ｄ５＝Ｉ５−Ｉ１＝−Ｄ１
Ｄ６＝Ｉ６−Ｉ２＝−Ｄ２
Ｄ７＝Ｉ７−Ｉ３＝−Ｄ３
【００２９】
以上の計算により、８つの点対称方向の輝度勾配強度データとなる８つの輝度差分値Ｄｉが計算されることになる。
【００３０】
次に、最大輝度差分値計算部Ｂ３では、求めた８つの輝度差分値Ｄｉから最大輝度差分値を求める（図７のステップＳ３）。そして、最大輝度差分値の方向の画素の番号をｍとし、その方向の輝度差分値、即ち、最大輝度差分値をＤｍで表す。例えば、図１、図２において、輝度差分値Ｄ１が最大輝度差分値であれば、ｍ＝１、Ｄｍ＝Ｄ１である。
【００３１】
次に、画素番号再設定部Ｂ４では、最大輝度差分値Ｄｍの方向の画素が、最小の番号０及び最大の番号７を除く所定の番号（以降、所定番号ｃと呼ぶ。）となるように、注目画素Ｐを囲む８つの画素に仮番号を付け直す（図７のステップＳ４）。
【００３２】
例えば、図１、図２において、ｍ＝１、Ｄｍ＝Ｄ１、即ち、画素１の方向の輝度差分値Ｄ１が最大輝度差分値であり、所定番号ｃを全番号の中央の番号である［４］とする場合、図３のように、画素１が番号の［４］となるように、各画素に時計回りに順に［０］〜［７］の仮番号を割り振っている。ここでは、当初の番号ｉと区別するため、付け直した仮番号には大括弧“［］”を付ける。
【００３３】
ここで、仮番号［０］〜［７］は、後述する重み付き平均値Ｐａを正しく計算するための一時的なものである。仮番号［０］〜［７］を用いる理由について、図４、図５（ａ）、（ｂ）と共に、図１〜図２を参照して説明する。
【００３４】
図１の各画素を、図４に示すように、注目画素Ｐの周囲３６０度に対応する方向と考え、各方向を示す画素の番号を横軸として、対応する輝度値Ｉ０〜Ｉ７、輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７の分布例を示すと、例えば、図５（ａ）、（ｂ）の実線で示すグラフＧ１や点線で示すグラフＧ２のような分布となる。なお、図５（ｂ）に示す輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７の分布は、上述した輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７を求める式からもわかるように、正側と負側で対称のグラフとなる。
【００３５】
実線で示すグラフＧ１において、輝度勾配方向は画素３と画素４の間にあり、最大の輝度値はＩ４であり、最大の輝度差分値はＤ４である。この場合、輝度勾配方向を求めるためには、最大輝度差分値Ｄ４と隣接する２画素の輝度差分値Ｄ３、Ｄ５を重みとし、画素の番号３、４、５の重み付き平均値を計算すればよい。
【００３６】
ところが、点線で示すグラフＧ２のように、輝度勾配方向が画素７と画素０の間にあり、最大の輝度値がＩ０であり、最大の輝度差分値はＤ０である場合、最大輝度差分値Ｄ０と隣接する２画素の輝度差分値Ｄ７、Ｄ１を重みとし、画素の番号７、０、１の重み付き平均値を計算すると、画素の番号７、０、１が不連続となっているので、重み付き平均値の計算が正しくできず、輝度勾配方向を求めることができない。
【００３７】
そのため、本実施例では、所定番号ｃを全番号の中央の番号である［４］とし、最大輝度差分値Ｄｍの方向の画素が［４］となるように、仮番号を付け直している。その結果、重み付き平均値の計算で用いる画素の仮番号が３、４、５と連続することになるので、正しく重み付き平均値を計算することができる。このように、重み付き平均値の計算で用いる画素の仮番号が連続すればよいので、所定番号ｃとしては、全番号の中央の番号［４］に限る必要は無く、最小の番号［０］及び最大の番号［７］除く、［１］〜［６］の番号を使用可能である。
【００３８】
上述した画素番号再設定の後に、重み付き平均計算部Ｂ５では、所定番号ｃと両隣の画素の仮番号（ｃ−１）、（ｃ＋１）について、最大輝度差分値Ｄｍと両隣の画素の輝度差分値Ｄ（ｍ−１）、Ｄ（ｍ＋１）を重みとし、下記の（式１）を用いて、重み付き平均値Ｐａを計算する（図７のステップＳ５）。
【００３９】
【数１】
但し、Ｄ（ｍ−１）がＤ（−１）となる場合、Ｄ（−１）はＤ７とし、Ｄ（ｍ＋１）がＤ（８）となる場合、Ｄ（８）はＤ０とする。
【００４０】
例えば、図１〜図３において、ｍ＝１、Ｄｍ＝Ｄ１、ｃ＝［４］、即ち、画素１の方向の輝度差分値Ｄ１が最大輝度差分値Ｄｍであり、所定番号ｃ＝［４］である場合には、上記（式１）は以下の通りとなる。
Ｐａ＝（Ｄ０×３＋Ｄ１×４＋Ｄ２×５）／（Ｄ０＋Ｄ１＋Ｄ２）
【００４１】
このように、付け直した仮番号［０］〜［７］の８つの画素においては、Ｐａが輝度勾配方向となる。
【００４２】
最後に、輝度勾配計算部Ｂ６では、下記（式２）を用いて、当初の番号ｉ＝０〜７の８つの画素における輝度勾配方向を求める（図７のステップＳ６）。具体的には、上記（式１）で求めた仮番号の重み付き平均値Ｐａから所定番号ｃを引くと共に、最大輝度差分値の方向の画素の番号ｍを加えることで、輝度勾配方向Ｐｏを求める。
【００４３】
Ｐｏ＝ｍ＋（Ｐａ−ｃ）…（式２）
但し、Ｐｏ＜０となる場合、Ｐｏ＝Ｐｏ＋８とする。
【００４４】
例えば、図１〜図３において、ｍ＝１、Ｄｍ＝Ｄ１、ｃ＝［４］、即ち、画素１の方向の輝度差分値Ｄ１が最大輝度差分値であり、所定番号ｃ＝［４］である場合には、上記（式２）は以下の通りとなる。
【００４５】
Ｐｏ＝１＋（Ｐａ−４）＝Ｐａ−３
【００４６】
このように、本実施例では、計算量の多い三角関数を用いることなく、簡単且つ高速に輝度勾配方向を検出することができる。
【００４７】
（実施例２）
図８は、本実施例の輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
本実施例においては、図８に示すフローチャートに基づいて、輝度勾配方向を検出しているが、本実施例の輝度勾配方向検出器は、実施例１の図６に示した輝度勾配方向検出器と同等の構成でよい。又、図８のフローチャートは、ステップＳ２ｂの手順を除き、実施例１の図７のフローチャートと同等である。従って、ここでは、前述の図１〜図７も参照すると共に、重複する記載を省略又は簡略化して説明を行う。
【００４８】
本実施例でも、実施例１で説明したステップＳ１の手順を経た後、輝度勾配方向検出器１１の輝度差分値計算部Ｂ２において、８つの点対称方向の輝度勾配強度を計算している。
【００４９】
輝度差分値計算部Ｂ２において、実施例１では、点対称位置にある２つの画素同士の輝度値Ｉｉの輝度差分値Ｄｉを計算することで、８つの点対称方向の輝度勾配強度を求めている。これに対して、本実施例では、任意の方向の画素と当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、これらの複数の画素の点対称位置にある他の画素と当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を輝度差分値Ｄｉとすることで、即ち、線対称位置にある複数の画素同士の輝度差分値Ｄｉを計算することで、８つの点対称方向の輝度勾配強度を求めている（ステップＳ２ｂ）。
【００５０】
具体的には、図１、図２で説明したように、各画素の輝度値をＩｉ、点対称方向の輝度差分値Ｄｉとすると、４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉは次のように計算する。
【００５１】
Ｄ０＝（Ｉ７＋Ｉ０＋Ｉ１）−（Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５）
Ｄ１＝（Ｉ０＋Ｉ１＋Ｉ２）−（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）
Ｄ２＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）−（Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７）
Ｄ３＝（Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）−（Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ０）
【００５２】
一方、他の４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉは、先に求めた４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉの逆方向に輝度差分値であり、次のように計算できる。
【００５３】
Ｄ４＝（Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５）−（Ｉ７＋Ｉ０＋Ｉ１）＝−Ｄ０
Ｄ５＝（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）−（Ｉ０＋Ｉ１＋Ｉ２）＝−Ｄ１
Ｄ６＝（Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７）−（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）＝−Ｄ２
Ｄ７＝（Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ０）−（Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）＝−Ｄ３
【００５４】
以上の計算により、８つの点対称方向の輝度勾配強度となる８つの輝度差分値Ｄｉが計算されることになる。
【００５５】
以降の手順は、本実施例で求めた８つの輝度差分値Ｄｉを用いて、実施例１で説明したステップＳ３〜Ｓ６を経て、輝度勾配方向Ｐｏを求めることができる。
【００５６】
本実施例では、注目画素Ｐにおける点対称方向の輝度勾配強度を求める際に、複数画素の輝度値を用いているので、実施例１での効果に加え、ノイズの混入した画像でも、輝度勾配方向の検出結果を安定して得ることができる。
【００５７】
（実施例３）
図９は、本実施例の輝度勾配方向検出器を示す概略構成図であり、図１０は、本実施例の輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【００５８】
本実施例においては、図９に示す輝度勾配方向検出器、図１０に示すフローチャートに基づいて、輝度勾配方向を検出しているが、本実施例の輝度勾配方向検出器は、輝度勾配方向−角度換算部Ｂ７を除き、実施例１の図６に示した輝度勾配方向検出器と同等の構成でよい。又、図１０のフローチャートは、ステップＳ７の手順を除き、実施例１の図７のフローチャート、実施例２の図８のフローチャートと同等である。従って、ここでも、重複する記載を省略又は簡略化して説明を行う。
【００５９】
本実施例でも、実施例１（又は実施例２）で説明したステップＳ１〜Ｓ６の手順を経て、輝度勾配方向Ｐｏ（０以上８未満の数値）を検出している。その後、輝度勾配方向検出器１４（演算装置）の輝度勾配方向−角度換算部Ｂ７において、検出した輝度勾配方向Ｐｏを、下記式により、３６０度の角度方向θへ変換し、ディスプレイ１３へ出力するようにしている（ステップＳ７）。なお、ここでは、１２時の方向（図中の真上の方向）を０度としている。
【００６０】
θ＝Ｐｏ×（３６０／８）
【００６１】
本実施例では、輝度勾配方向を３６０度の角度方向θで出力するので、実施例１、実施例２での効果に加え、三角関数で輝度勾配方向を計算する従来の装置と簡単に置き換えることができる。
【００６２】
（実施例４）
図１２は、本実施例の輝度勾配方向検出器を示す概略構成図であり、図１３は、本実施例の輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【００６３】
本実施例においては、図１２に示す輝度勾配方向検出器、図１３に示すフローチャートに基づいて、輝度勾配方向を検出している。図１２に示す本実施例の輝度勾配方向検出器は、実施例１の図６に示した輝度勾配方向検出器と略同等の構成であるが、画素番号再設定部Ｂ４を有しておらず、同様に、図１３に示すフローチャートも、実施例１の図７に示したフローチャートと略同等であるが、画素番号再設定のステップを有しておらず、この点が相違する。従って、ここでは、重複する記載を簡略化して説明を行う。
【００６４】
本実施例においても、まず、画素番号設定部Ｂ１では、実施例１のステップＳ１と同様に、選択した位置の注目画素Ｐを囲む８つの画素に対し、時計回りに順に０から７までの整数の番号を設定する（ステップＳ１１）。
【００６５】
次に、輝度差分値計算部Ｂ２では、実施例１のステップＳ２ａと同様に、注目画素Ｐを中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値Ｄｉ（ｉ＝０〜７）を、輝度勾配強度として計算する（ステップＳ１２）。なお、ここでの輝度差分値Ｄｉの計算は、実施例２のステップ２ｂと同様に、複数画素の輝度値を用いて計算してもよい。
【００６６】
次に、最大輝度差分値計算部Ｂ３では、実施例１のステップＳ３と同様に、求めた８つの輝度差分値Ｄｉから最大輝度差分値を求め、最大輝度差分値の方向の画素の番号をｍとし、最大輝度差分値をＤｍで表す（ステップＳ１３）。
【００６７】
実施例１〜３においては、次に、重み付き平均値Ｐａを正しく計算するため、画素番号を仮番号に再設定する手順を行っているが、本実施例においては、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、画素の番号を横軸する輝度値Ｉ０〜Ｉ７、輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７の分布のグラフにおいて、「−１」の画素の番号を導入することにより、画素番号再設定の手順を不要としている。なお、この「−１」の画素は、画素７に該当する。又、図１１（ｂ）に示す輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７の分布も、正側と負側で対称のグラフとなる。
【００６８】
図１１（ａ）、（ｂ）に示す点線のグラフＧ２のように、輝度勾配方向が画素７と画素０の間にあり、最大の輝度値がＩ０であり、最大の輝度差分値はＤ０である場合、最大輝度差分値Ｄ０と隣接する２画素の輝度差分値Ｄ７、Ｄ１を重みとし、画素の番号７、０、１の重み付き平均値を計算すると、画素の番号７、０、１が不連続となっているので、重み付き平均値の計算が正しくできず、輝度勾配方向を求めることができない。
【００６９】
このような場合、本実施例では、計算に用いる画素の番号７の替わりに「−１」を用いることにより、画素の番号を−１、０、１と連続させるので、正しく重み付き平均値を計算することができる。
【００７０】
そして、重み付き平均計算部Ｂ５では、実施例１のステップＳ５と同様に、最大輝度差分値の方向の画素の番号ｍと両隣の画素の番号（ｍ−１）、（ｍ＋１）について、最大輝度差分値Ｄｍと両隣の画素の輝度差分値Ｄ（ｍ−１）、Ｄ（ｍ＋１）を重みとし、下記の（式３）を用いて、重み付き平均値Ｐａを計算する（ステップＳ１４）。
【００７１】
【数２】
但し、Ｄ（ｍ−１）がＤ（−１）となる場合、Ｄ（−１）はＤ７とし、Ｄ（ｍ＋１）がＤ（８）となる場合、Ｄ（８）はＤ０とする。
【００７２】
例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ｍ＝０、Ｄｍ＝Ｄ０である場合には、上記（式３）は以下の通りとなる。
Ｐａ＝（Ｄ７×（−１）＋Ｄ０×０＋Ｄ１×１）／（Ｄ７＋Ｄ０＋Ｄ１）
＝（Ｄ１−Ｄ７）／（Ｄ７＋Ｄ０＋Ｄ１）
【００７３】
本実施例の場合、このようにして求めたＰａが、番号ｉ＝０〜７の８つの画素における輝度勾配方向となる。即ち、Ｐｏ＝Ｐａである（輝度勾配計算部Ｂ６；ステップＳ１５）。但し、本実施例でも、Ｐｏ＜０となる場合、Ｐｏ＝Ｐｏ＋８とする。
【００７４】
このように、本実施例でも、計算量の多い三角関数を用いることなく、簡単且つ高速に輝度勾配方向を検出することができる。
【００７５】
更に、実施例３で説明したように、検出した輝度勾配方向Ｐｏを、３６０度の角度方向θへ変換してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、画像処理装置に好適なものであり、例えば、ＡＧＶ（Auto Guided Vehicle）等に搭載される。
【符号の説明】
【００７７】
１１、１４、１５ 輝度勾配方向検出器
１２ カメラ
１３ ディスプレイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理により、画像上の各画素における輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像上の各画素における輝度勾配方向を求める方法として、Sobelオペレータのような微分フィルタを用いて、縦方向・横方向の輝度勾配強度を求め、この縦横方向それぞれの輝度勾配強度を用いて、次の２種類の方法により、輝度勾配方向を表現している。
【０００３】
（１）タンジェント（正接）の逆関数を用いて、角度を計算し、輝度勾配方向を角度で表現する。
例えば、下記特許文献１、２においては、Sobelオペレータによって求めた縦横方向それぞれの輝度勾配強度を基に、三角関数を用いて角度を求めることで、輝度勾配方向を求める方法が用いられている。
【０００４】
（２）縦横方向それぞれの輝度勾配強度を成分とする２次元ベクトルとして輝度勾配方向を表現する。
例えば、下記特許文献３においては、Sobelオペレータによって求めた縦横方向それぞれの輝度勾配強度を成分とする２次元ベクトルとして輝度勾配方向を表現する方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４０６８４号公報
【特許文献２】特開２００６−０２５３９４号公報
【特許文献３】特開２００４−１６４０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
画像特徴量として、画像中の輝度勾配情報を基に構成されるものが多くある。この輝度勾配情報の内、輝度勾配方向については、縦方向及び横方向の輝度勾配強度からタンジェント（正接）の逆関数により角度を計算し、輝度勾配方向を算出する手法が一般的である。しかしながら、この計算では、三角関数を用いるため計算量が多く、高速解析（リアルタイムでの解析等）には適していない。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、計算量が多い三角関数を用いることなく、高速に輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第１の発明に係る輝度勾配方向検出器は、
画像データ中の注目している注目画素について、当該注目画素における輝度勾配方向を演算する演算装置を備えた輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
前記注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振る画素番号設定部と、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求める輝度差分値計算部と、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求める最大輝度差分値検出部と、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素が最小値及び最大値を除く所定番号となるように、前記８つの画素に時計回りに順に仮番号を振り直す画素番号再設定部と、
前記所定番号と前記所定番号の両隣の画素の仮番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求める重み付き平均計算部と、
前記仮番号の重み付き平均値から前記所定番号を引くと共に、前記最大輝度差分値を有する方向の画素の当初の番号を加えることにより、前記注目画素における輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向計算部とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明に係る輝度勾配方向検出器は、
画像データ中の注目している注目画素について、当該注目画素における輝度勾配方向を演算する演算装置を備えた輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
前記注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振る画素番号設定部と、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求める輝度差分値計算部と、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求める最大輝度差分値検出部と、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号と当該番号の両隣の番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の方向の輝度差分値を重みとして、番号の重み付き平均値を求める重み付き平均計算部と、
前記番号の重み付き平均値を前記注目画素における輝度勾配方向として検出する輝度勾配方向計算部とを有することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明に係る輝度勾配方向検出器は、
上記第１又は第２の発明に記載の輝度勾配方向検出器において、
前記輝度差分値計算部は、前記輝度差分値を求める際、任意の方向の画素及び当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、当該複数の画素の点対称位置にある他の画素及び当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を用いることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第４の発明に係る輝度勾配方向検出器は、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
更に、検出した前記輝度勾配方向を３６０度の角度方向へ換算して出力する角度換算部を有することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第５の発明に係る輝度勾配方向検出方法は、
画像データ中の注目している注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求め、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素が最小値及び最大値を除く所定番号となるように、前記８つの画素に時計回りに順に仮番号を振り直し、
前記所定番号と前記所定番号の両隣の画素の仮番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求め、
前記仮番号の重み付き平均値から前記所定番号を引くと共に、前記最大輝度差分値を有する方向の画素の当初の番号を加えることにより、前記注目画素における輝度勾配方向を検出することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第６の発明に係る輝度勾配方向検出方法は、
画像データ中の注目している注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求め、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号と当該番号の両隣の番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の方向の輝度差分値を重みとして、番号の重み付き平均値を求め、
前記番号の重み付き平均値を前記注目画素における輝度勾配方向として検出することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第７の発明に係る輝度勾配方向検出方法は、
上記第５又は第６の発明に記載の輝度勾配方向検出方法において、
前記輝度差分値を求める際、任意の方向の画素及び当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、当該複数の画素の点対称位置にある他の画素及び当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を用いることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第８の発明に係る輝度勾配方向検出方法は、
上記第５〜第７のいずれか１つの発明に記載の輝度勾配方向検出方法において、
更に、検出した前記輝度勾配方向を３６０度の角度方向へ換算して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、三角関数を用いることなく、高速に輝度勾配方向を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】注目画素Ｐを囲む８つの画素に割り振った番号を示す図である。
【図２】注目画素Ｐを囲む８つの画素において、その輝度値と、点対称方向の輝度差分値を説明する図である。
【図３】注目画素Ｐを囲む８つの画素において、最大輝度差分値の方向の画素を中央番号として付け直した画素の仮番号を示す図である。
【図４】各画素の注目画素Ｐに対する方向を説明する図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、各々、画素の番号を横軸とした輝度値、輝度差分値の分布例を示す図である。
【図６】本発明に係る輝度勾配方向検出器の実施形態の一例（実施例１）を示す概略構成図である。
【図７】図６に示した輝度勾配方向検出器における輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【図８】図６に示した輝度勾配方向検出器における輝度勾配方向検出方法の他の一例（実施例２）を説明するフローチャートである。
【図９】本発明に係る輝度勾配方向検出器の実施形態の他の一例（実施例３）を示す概略構成図である。
【図１０】図９に示した輝度勾配方向検出器における輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、各々、画素の番号を横軸とした輝度値、輝度差分値の分布例を示す図である。
【図１２】本発明に係る輝度勾配方向検出器の実施形態の他の一例（実施例４）を示す概略構成図である。
【図１３】図１２に示した輝度勾配方向検出器における輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法について、図１〜図１３を参照して、その実施形態のいくつかを説明する。
【００１９】
最初に、本発明の概略を説明する。輝度勾配方向は、特に、３６０度の角度方向で表現する必要はない。従って、本発明では、図１に示すように、任意の注目画素Ｐを中心とする３画素×３画素の領域において、注目画素Ｐを囲む８つの画素に対し、１２時方向（図中の真上の方向）を０として、時計回りに順に０から７までの整数の番号を振り、これらの番号を用いた演算により、輝度勾配強度の最も高い方向を推定し、この方向を注目画素Ｐにおける輝度勾配方向として検出しており、０以上８未満の数値（整数とは限らない。）を用いて輝度勾配方向を表現するようにしている。なお、必要な場合には、後述の実施例３で説明するように、０以上８未満の数値で表現した輝度勾配方向を、３６０度の角度方向に変換可能である。
【００２０】
（実施例１）
本実施例の輝度勾配方向検出器及び輝度勾配方向検出方法について、図１〜図５と共に、図６、図７を参照して、説明を行う。
【００２１】
本実施例において、輝度勾配方向検出器１１は、図６に示すように、画素番号設定部Ｂ１と、輝度差分値計算部Ｂ２と、最大輝度差分値計算部Ｂ３と、画素番号再設定部Ｂ４と、重み付き平均計算部Ｂ５と、輝度勾配計算部Ｂ６とを有する演算装置である。この輝度勾配方向検出器１１では、画像を撮影するカメラ１２から入力された画像データにおいて、後述する手順を用いて、輝度勾配方向を検出し、検出した輝度勾配方向をディスプレイ１３に表示するようにしている。
【００２２】
なお、画像データは、カメラ１２からのデータに限らず、例えば、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）等の記録媒体に記録した画像データを用いてもよい。又、検出した輝度勾配方向は、ディスプレイ１３に限らず、例えば、プリンタ等に出力するようにしてもよいし、又、ＨＤＤ等の記録媒体に記録し、画像データ同士の比較に用いるようにしてもよい。
【００２３】
まず、画素番号設定部Ｂ１では、入力された画像データ中において、注目画素位置を選択し、選択した位置の注目画素Ｐを中心とする３画素×３画素の領域において、図１で説明したように、注目画素Ｐを囲む８つの画素に対し、１２時方向（図中の真上の方向）を０として、時計回りに順に０から７までの整数の番号を設定する（図７のステップＳ１）。
【００２４】
次に、輝度差分値計算部Ｂ２では、注目画素Ｐを中心とする３画素×３画素の領域において、注目画素Ｐを囲む８つの画素の輝度値から、注目画素Ｐを中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を、輝度勾配強度として計算する（図７のステップＳ２ａ）。注目画素Ｐの選択は、画像データの全画素に対して行う場合には、各位置の画素を順次選択するようにすればよい。又、特定の条件を満たす画素のみを選択してもよい。
【００２５】
図１で説明したように、注目画素Ｐを囲む８つの画素には、１２時方向を０として、時計回りにｉ＝０〜７の整数の番号が割り振られている。そして、図２に示すように、各画素の輝度値をＩｉ、点対称方向の輝度差分値Ｄｉとすると、４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉは次のように計算できる。
【００２６】
Ｄ０＝Ｉ０−Ｉ４
Ｄ１＝Ｉ１−Ｉ５
Ｄ２＝Ｉ２−Ｉ６
Ｄ３＝Ｉ３−Ｉ７
【００２７】
一方、他の４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉは、先に求めた４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉの逆方向に輝度差分値であり、次のように計算できる。
【００２８】
Ｄ４＝Ｉ４−Ｉ０＝−Ｄ０
Ｄ５＝Ｉ５−Ｉ１＝−Ｄ１
Ｄ６＝Ｉ６−Ｉ２＝−Ｄ２
Ｄ７＝Ｉ７−Ｉ３＝−Ｄ３
【００２９】
以上の計算により、８つの点対称方向の輝度勾配強度データとなる８つの輝度差分値Ｄｉが計算されることになる。
【００３０】
次に、最大輝度差分値計算部Ｂ３では、求めた８つの輝度差分値Ｄｉから最大輝度差分値を求める（図７のステップＳ３）。そして、最大輝度差分値の方向の画素の番号をｍとし、その方向の輝度差分値、即ち、最大輝度差分値をＤｍで表す。例えば、図１、図２において、輝度差分値Ｄ１が最大輝度差分値であれば、ｍ＝１、Ｄｍ＝Ｄ１である。
【００３１】
次に、画素番号再設定部Ｂ４では、最大輝度差分値Ｄｍの方向の画素が、最小の番号０及び最大の番号７を除く所定の番号（以降、所定番号ｃと呼ぶ。）となるように、注目画素Ｐを囲む８つの画素に仮番号を付け直す（図７のステップＳ４）。
【００３２】
例えば、図１、図２において、ｍ＝１、Ｄｍ＝Ｄ１、即ち、画素１の方向の輝度差分値Ｄ１が最大輝度差分値であり、所定番号ｃを全番号の中央の番号である［４］とする場合、図３のように、画素１が番号の［４］となるように、各画素に時計回りに順に［０］〜［７］の仮番号を割り振っている。ここでは、当初の番号ｉと区別するため、付け直した仮番号には大括弧“［］”を付ける。
【００３３】
ここで、仮番号［０］〜［７］は、後述する重み付き平均値Ｐａを正しく計算するための一時的なものである。仮番号［０］〜［７］を用いる理由について、図４、図５（ａ）、（ｂ）と共に、図１〜図２を参照して説明する。
【００３４】
図１の各画素を、図４に示すように、注目画素Ｐの周囲３６０度に対応する方向と考え、各方向を示す画素の番号を横軸として、対応する輝度値Ｉ０〜Ｉ７、輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７の分布例を示すと、例えば、図５（ａ）、（ｂ）の実線で示すグラフＧ１や点線で示すグラフＧ２のような分布となる。なお、図５（ｂ）に示す輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７の分布は、上述した輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７を求める式からもわかるように、正側と負側で対称のグラフとなる。
【００３５】
実線で示すグラフＧ１において、輝度勾配方向は画素３と画素４の間にあり、最大の輝度値はＩ４であり、最大の輝度差分値はＤ４である。この場合、輝度勾配方向を求めるためには、最大輝度差分値Ｄ４と隣接する２画素の輝度差分値Ｄ３、Ｄ５を重みとし、画素の番号３、４、５の重み付き平均値を計算すればよい。
【００３６】
ところが、点線で示すグラフＧ２のように、輝度勾配方向が画素７と画素０の間にあり、最大の輝度値がＩ０であり、最大の輝度差分値はＤ０である場合、最大輝度差分値Ｄ０と隣接する２画素の輝度差分値Ｄ７、Ｄ１を重みとし、画素の番号７、０、１の重み付き平均値を計算すると、画素の番号７、０、１が不連続となっているので、重み付き平均値の計算が正しくできず、輝度勾配方向を求めることができない。
【００３７】
そのため、本実施例では、所定番号ｃを全番号の中央の番号である［４］とし、最大輝度差分値Ｄｍの方向の画素が［４］となるように、仮番号を付け直している。その結果、重み付き平均値の計算で用いる画素の仮番号が３、４、５と連続することになるので、正しく重み付き平均値を計算することができる。このように、重み付き平均値の計算で用いる画素の仮番号が連続すればよいので、所定番号ｃとしては、全番号の中央の番号［４］に限る必要は無く、最小の番号［０］及び最大の番号［７］除く、［１］〜［６］の番号を使用可能である。
【００３８】
上述した画素番号再設定の後に、重み付き平均計算部Ｂ５では、所定番号ｃと両隣の画素の仮番号（ｃ−１）、（ｃ＋１）について、最大輝度差分値Ｄｍと両隣の画素の輝度差分値Ｄ（ｍ−１）、Ｄ（ｍ＋１）を重みとし、下記の（式１）を用いて、重み付き平均値Ｐａを計算する（図７のステップＳ５）。
【００３９】
【数１】
但し、Ｄ（ｍ−１）がＤ（−１）となる場合、Ｄ（−１）はＤ７とし、Ｄ（ｍ＋１）がＤ（８）となる場合、Ｄ（８）はＤ０とする。
【００４０】
例えば、図１〜図３において、ｍ＝１、Ｄｍ＝Ｄ１、ｃ＝［４］、即ち、画素１の方向の輝度差分値Ｄ１が最大輝度差分値Ｄｍであり、所定番号ｃ＝［４］である場合には、上記（式１）は以下の通りとなる。
Ｐａ＝（Ｄ０×３＋Ｄ１×４＋Ｄ２×５）／（Ｄ０＋Ｄ１＋Ｄ２）
【００４１】
このように、付け直した仮番号［０］〜［７］の８つの画素においては、Ｐａが輝度勾配方向となる。
【００４２】
最後に、輝度勾配計算部Ｂ６では、下記（式２）を用いて、当初の番号ｉ＝０〜７の８つの画素における輝度勾配方向を求める（図７のステップＳ６）。具体的には、上記（式１）で求めた仮番号の重み付き平均値Ｐａから所定番号ｃを引くと共に、最大輝度差分値の方向の画素の番号ｍを加えることで、輝度勾配方向Ｐｏを求める。
【００４３】
Ｐｏ＝ｍ＋（Ｐａ−ｃ）…（式２）
但し、Ｐｏ＜０となる場合、Ｐｏ＝Ｐｏ＋８とする。
【００４４】
例えば、図１〜図３において、ｍ＝１、Ｄｍ＝Ｄ１、ｃ＝［４］、即ち、画素１の方向の輝度差分値Ｄ１が最大輝度差分値であり、所定番号ｃ＝［４］である場合には、上記（式２）は以下の通りとなる。
【００４５】
Ｐｏ＝１＋（Ｐａ−４）＝Ｐａ−３
【００４６】
このように、本実施例では、計算量の多い三角関数を用いることなく、簡単且つ高速に輝度勾配方向を検出することができる。
【００４７】
（実施例２）
図８は、本実施例の輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
本実施例においては、図８に示すフローチャートに基づいて、輝度勾配方向を検出しているが、本実施例の輝度勾配方向検出器は、実施例１の図６に示した輝度勾配方向検出器と同等の構成でよい。又、図８のフローチャートは、ステップＳ２ｂの手順を除き、実施例１の図７のフローチャートと同等である。従って、ここでは、前述の図１〜図７も参照すると共に、重複する記載を省略又は簡略化して説明を行う。
【００４８】
本実施例でも、実施例１で説明したステップＳ１の手順を経た後、輝度勾配方向検出器１１の輝度差分値計算部Ｂ２において、８つの点対称方向の輝度勾配強度を計算している。
【００４９】
輝度差分値計算部Ｂ２において、実施例１では、点対称位置にある２つの画素同士の輝度値Ｉｉの輝度差分値Ｄｉを計算することで、８つの点対称方向の輝度勾配強度を求めている。これに対して、本実施例では、任意の方向の画素と当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、これらの複数の画素の点対称位置にある他の画素と当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を輝度差分値Ｄｉとすることで、即ち、線対称位置にある複数の画素同士の輝度差分値Ｄｉを計算することで、８つの点対称方向の輝度勾配強度を求めている（ステップＳ２ｂ）。
【００５０】
具体的には、図１、図２で説明したように、各画素の輝度値をＩｉ、点対称方向の輝度差分値Ｄｉとすると、４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉは次のように計算する。
【００５１】
Ｄ０＝（Ｉ７＋Ｉ０＋Ｉ１）−（Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５）
Ｄ１＝（Ｉ０＋Ｉ１＋Ｉ２）−（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）
Ｄ２＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）−（Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７）
Ｄ３＝（Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）−（Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ０）
【００５２】
一方、他の４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉは、先に求めた４つの点対称方向の輝度差分値Ｄｉの逆方向に輝度差分値であり、次のように計算できる。
【００５３】
Ｄ４＝（Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５）−（Ｉ７＋Ｉ０＋Ｉ１）＝−Ｄ０
Ｄ５＝（Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）−（Ｉ０＋Ｉ１＋Ｉ２）＝−Ｄ１
Ｄ６＝（Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７）−（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３）＝−Ｄ２
Ｄ７＝（Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ０）−（Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）＝−Ｄ３
【００５４】
以上の計算により、８つの点対称方向の輝度勾配強度となる８つの輝度差分値Ｄｉが計算されることになる。
【００５５】
以降の手順は、本実施例で求めた８つの輝度差分値Ｄｉを用いて、実施例１で説明したステップＳ３〜Ｓ６を経て、輝度勾配方向Ｐｏを求めることができる。
【００５６】
本実施例では、注目画素Ｐにおける点対称方向の輝度勾配強度を求める際に、複数画素の輝度値を用いているので、実施例１での効果に加え、ノイズの混入した画像でも、輝度勾配方向の検出結果を安定して得ることができる。
【００５７】
（実施例３）
図９は、本実施例の輝度勾配方向検出器を示す概略構成図であり、図１０は、本実施例の輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【００５８】
本実施例においては、図９に示す輝度勾配方向検出器、図１０に示すフローチャートに基づいて、輝度勾配方向を検出しているが、本実施例の輝度勾配方向検出器は、輝度勾配方向−角度換算部Ｂ７を除き、実施例１の図６に示した輝度勾配方向検出器と同等の構成でよい。又、図１０のフローチャートは、ステップＳ７の手順を除き、実施例１の図７のフローチャート、実施例２の図８のフローチャートと同等である。従って、ここでも、重複する記載を省略又は簡略化して説明を行う。
【００５９】
本実施例でも、実施例１（又は実施例２）で説明したステップＳ１〜Ｓ６の手順を経て、輝度勾配方向Ｐｏ（０以上８未満の数値）を検出している。その後、輝度勾配方向検出器１４（演算装置）の輝度勾配方向−角度換算部Ｂ７において、検出した輝度勾配方向Ｐｏを、下記式により、３６０度の角度方向θへ変換し、ディスプレイ１３へ出力するようにしている（ステップＳ７）。なお、ここでは、１２時の方向（図中の真上の方向）を０度としている。
【００６０】
θ＝Ｐｏ×（３６０／８）
【００６１】
本実施例では、輝度勾配方向を３６０度の角度方向θで出力するので、実施例１、実施例２での効果に加え、三角関数で輝度勾配方向を計算する従来の装置と簡単に置き換えることができる。
【００６２】
（実施例４）
図１２は、本実施例の輝度勾配方向検出器を示す概略構成図であり、図１３は、本実施例の輝度勾配方向検出方法を説明するフローチャートである。
【００６３】
本実施例においては、図１２に示す輝度勾配方向検出器、図１３に示すフローチャートに基づいて、輝度勾配方向を検出している。図１２に示す本実施例の輝度勾配方向検出器は、実施例１の図６に示した輝度勾配方向検出器と略同等の構成であるが、画素番号再設定部Ｂ４を有しておらず、同様に、図１３に示すフローチャートも、実施例１の図７に示したフローチャートと略同等であるが、画素番号再設定のステップを有しておらず、この点が相違する。従って、ここでは、重複する記載を簡略化して説明を行う。
【００６４】
本実施例においても、まず、画素番号設定部Ｂ１では、実施例１のステップＳ１と同様に、選択した位置の注目画素Ｐを囲む８つの画素に対し、時計回りに順に０から７までの整数の番号を設定する（ステップＳ１１）。
【００６５】
次に、輝度差分値計算部Ｂ２では、実施例１のステップＳ２ａと同様に、注目画素Ｐを中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値Ｄｉ（ｉ＝０〜７）を、輝度勾配強度として計算する（ステップＳ１２）。なお、ここでの輝度差分値Ｄｉの計算は、実施例２のステップ２ｂと同様に、複数画素の輝度値を用いて計算してもよい。
【００６６】
次に、最大輝度差分値計算部Ｂ３では、実施例１のステップＳ３と同様に、求めた８つの輝度差分値Ｄｉから最大輝度差分値を求め、最大輝度差分値の方向の画素の番号をｍとし、最大輝度差分値をＤｍで表す（ステップＳ１３）。
【００６７】
実施例１〜３においては、次に、重み付き平均値Ｐａを正しく計算するため、画素番号を仮番号に再設定する手順を行っているが、本実施例においては、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、画素の番号を横軸する輝度値Ｉ０〜Ｉ７、輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７の分布のグラフにおいて、「−１」の画素の番号を導入することにより、画素番号再設定の手順を不要としている。なお、この「−１」の画素は、画素７に該当する。又、図１１（ｂ）に示す輝度差分値Ｄ０〜Ｄ７の分布も、正側と負側で対称のグラフとなる。
【００６８】
図１１（ａ）、（ｂ）に示す点線のグラフＧ２のように、輝度勾配方向が画素７と画素０の間にあり、最大の輝度値がＩ０であり、最大の輝度差分値はＤ０である場合、最大輝度差分値Ｄ０と隣接する２画素の輝度差分値Ｄ７、Ｄ１を重みとし、画素の番号７、０、１の重み付き平均値を計算すると、画素の番号７、０、１が不連続となっているので、重み付き平均値の計算が正しくできず、輝度勾配方向を求めることができない。
【００６９】
このような場合、本実施例では、計算に用いる画素の番号７の替わりに「−１」を用いることにより、画素の番号を−１、０、１と連続させるので、正しく重み付き平均値を計算することができる。
【００７０】
そして、重み付き平均計算部Ｂ５では、実施例１のステップＳ５と同様に、最大輝度差分値の方向の画素の番号ｍと両隣の画素の番号（ｍ−１）、（ｍ＋１）について、最大輝度差分値Ｄｍと両隣の画素の輝度差分値Ｄ（ｍ−１）、Ｄ（ｍ＋１）を重みとし、下記の（式３）を用いて、重み付き平均値Ｐａを計算する（ステップＳ１４）。
【００７１】
【数２】
但し、Ｄ（ｍ−１）がＤ（−１）となる場合、Ｄ（−１）はＤ７とし、Ｄ（ｍ＋１）がＤ（８）となる場合、Ｄ（８）はＤ０とする。
【００７２】
例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ｍ＝０、Ｄｍ＝Ｄ０である場合には、上記（式３）は以下の通りとなる。
Ｐａ＝（Ｄ７×（−１）＋Ｄ０×０＋Ｄ１×１）／（Ｄ７＋Ｄ０＋Ｄ１）
＝（Ｄ１−Ｄ７）／（Ｄ７＋Ｄ０＋Ｄ１）
【００７３】
本実施例の場合、このようにして求めたＰａが、番号ｉ＝０〜７の８つの画素における輝度勾配方向となる。即ち、Ｐｏ＝Ｐａである（輝度勾配計算部Ｂ６；ステップＳ１５）。但し、本実施例でも、Ｐｏ＜０となる場合、Ｐｏ＝Ｐｏ＋８とする。
【００７４】
このように、本実施例でも、計算量の多い三角関数を用いることなく、簡単且つ高速に輝度勾配方向を検出することができる。
【００７５】
更に、実施例３で説明したように、検出した輝度勾配方向Ｐｏを、３６０度の角度方向θへ変換してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、画像処理装置に好適なものであり、例えば、ＡＧＶ（Auto Guided Vehicle）等に搭載される。
【符号の説明】
【００７７】
１１、１４、１５ 輝度勾配方向検出器
１２ カメラ
１３ ディスプレイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データ中の注目している注目画素について、当該注目画素における輝度勾配方向を演算する演算装置を備えた輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
前記注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振る画素番号設定部と、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求める輝度差分値計算部と、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求める最大輝度差分値検出部と、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素が最小値及び最大値を除く所定番号となるように、前記８つの画素に時計回りに順に仮番号を振り直す画素番号再設定部と、
前記所定番号と前記所定番号の両隣の画素の仮番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求める重み付き平均計算部と、
前記仮番号の重み付き平均値から前記所定番号を引くと共に、前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号を加えることにより、前記注目画素における輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向計算部とを有することを特徴とする輝度勾配方向検出器。
【請求項２】
画像データ中の注目している注目画素について、当該注目画素における輝度勾配方向を演算する演算装置を備えた輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
前記注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振る画素番号設定部と、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求める輝度差分値計算部と、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求める最大輝度差分値検出部と、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号と当該番号の両隣の番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の方向の輝度差分値を重みとして、番号の重み付き平均値を求める重み付き平均計算部と、
前記番号の重み付き平均値を前記注目画素における輝度勾配方向として検出する輝度勾配方向計算部とを有することを特徴とする輝度勾配方向検出器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の輝度勾配方向検出器において、
前記輝度差分値計算部は、前記輝度差分値を求める際、任意の方向の画素及び当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、当該複数の画素の点対称位置にある他の画素及び当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を用いることを特徴とする輝度勾配方向検出器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
更に、検出した前記輝度勾配方向を３６０度の角度方向へ換算して出力する角度換算部を有することを特徴とする輝度勾配方向検出器。
【請求項５】
画像データ中の注目している注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求め、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素が最小値及び最大値を除く所定番号となるように、前記８つの画素に時計回りに順に仮番号を振り直し、
前記所定番号と前記所定番号の両隣の画素の仮番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求め、
前記仮番号の重み付き平均値から前記所定番号を引くと共に、前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号を加えることにより、前記注目画素における輝度勾配方向を検出することを特徴とする輝度勾配方向検出方法。
【請求項６】
画像データ中の注目している注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求め、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号と当該番号の両隣の番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の方向の輝度差分値を重みとして、番号の重み付き平均値を求め、
前記番号の重み付き平均値を前記注目画素における輝度勾配方向として検出することを特徴とする輝度勾配方向検出方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の輝度勾配方向検出方法において、
前記輝度差分値を求める際、任意の方向の画素及び当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、当該複数の画素の点対称位置にある他の画素及び当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を用いることを特徴とする輝度勾配方向検出方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１つに記載の輝度勾配方向検出方法において、
更に、検出した前記輝度勾配方向を３６０度の角度方向へ換算して出力することを特徴とする輝度勾配方向検出方法。
【請求項１】
画像データ中の注目している注目画素について、当該注目画素における輝度勾配方向を演算する演算装置を備えた輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
前記注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振る画素番号設定部と、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求める輝度差分値計算部と、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求める最大輝度差分値検出部と、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素が最小値及び最大値を除く所定番号となるように、前記８つの画素に時計回りに順に仮番号を振り直す画素番号再設定部と、
前記所定番号と前記所定番号の両隣の画素の仮番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求める重み付き平均計算部と、
前記仮番号の重み付き平均値から前記所定番号を引くと共に、前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号を加えることにより、前記注目画素における輝度勾配方向を検出する輝度勾配方向計算部とを有することを特徴とする輝度勾配方向検出器。
【請求項２】
画像データ中の注目している注目画素について、当該注目画素における輝度勾配方向を演算する演算装置を備えた輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
前記注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振る画素番号設定部と、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求める輝度差分値計算部と、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求める最大輝度差分値検出部と、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号と当該番号の両隣の番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の方向の輝度差分値を重みとして、番号の重み付き平均値を求める重み付き平均計算部と、
前記番号の重み付き平均値を前記注目画素における輝度勾配方向として検出する輝度勾配方向計算部とを有することを特徴とする輝度勾配方向検出器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の輝度勾配方向検出器において、
前記輝度差分値計算部は、前記輝度差分値を求める際、任意の方向の画素及び当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、当該複数の画素の点対称位置にある他の画素及び当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を用いることを特徴とする輝度勾配方向検出器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の輝度勾配方向検出器において、
前記演算装置は、
更に、検出した前記輝度勾配方向を３６０度の角度方向へ換算して出力する角度換算部を有することを特徴とする輝度勾配方向検出器。
【請求項５】
画像データ中の注目している注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求め、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素が最小値及び最大値を除く所定番号となるように、前記８つの画素に時計回りに順に仮番号を振り直し、
前記所定番号と前記所定番号の両隣の画素の仮番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の画素の輝度差分値を重みとして、仮番号の重み付き平均値を求め、
前記仮番号の重み付き平均値から前記所定番号を引くと共に、前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号を加えることにより、前記注目画素における輝度勾配方向を検出することを特徴とする輝度勾配方向検出方法。
【請求項６】
画像データ中の注目している注目画素を囲む８つの画素に時計回りに順に番号を割り振り、
前記注目画素を囲む８つの画素の輝度値から、前記注目画素を中心とする８つの点対称方向の画素間の輝度差分値を求め、
８つの前記輝度差分値から最大となる最大輝度差分値を求め、
前記最大輝度差分値を有する方向の画素の番号と当該番号の両隣の番号について、前記最大輝度差分値と前記両隣の方向の輝度差分値を重みとして、番号の重み付き平均値を求め、
前記番号の重み付き平均値を前記注目画素における輝度勾配方向として検出することを特徴とする輝度勾配方向検出方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の輝度勾配方向検出方法において、
前記輝度差分値を求める際、任意の方向の画素及び当該画素の両隣の画素の輝度値の和と、当該複数の画素の点対称位置にある他の画素及び当該他の画素の両隣の画素の輝度値の和との差分を用いることを特徴とする輝度勾配方向検出方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１つに記載の輝度勾配方向検出方法において、
更に、検出した前記輝度勾配方向を３６０度の角度方向へ換算して出力することを特徴とする輝度勾配方向検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１１８８５４（Ｐ２０１２−１１８８５４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９１９０（Ｐ２０１０−２６９１９０）
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
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