エッジ抽出
エッジ抽出は、画像中にある物体を認識するために 利用することが多く、Machine Visionを考える上で 必須の機能です。 Machine Visionは、２値化情報を処理する方が単純で高速に なります。ここでは、元画像を２値化後、エッジ抽出します。 次のように左から、元画像、２値化画像、エッジ抽出画像と 処理してみます。元画像を２値化して表示し、２値化情報をラプラシアンフィルタ でフィルタリングしてエッジ抽出後、表示するシーケンスを説明 します。
２値化
元画像は、ＲＧＢの３成分をもっています。 ＲＧＢの３成分を取得し、移動平均の値を求めて ２値化します。求めた値を、後で使いたいので、 配列に保存しておきます。 gdat0(i+offset) = (r + g + b) / 3 変数offsetを利用して、２次元データを１次元データ にまとめます。 プロシージャは、次のように記述します。 ------------------------------------------------- *proc_save_gdat for j,0,ylast,1 ; calculate offset offset = j * xlast for i,0,xlast,1 ; get pixel information pget i,j ; get color components r = ginfo(16) g = ginfo(17) b = ginfo(18) ; store gdat0(i+offset) = (r + g + b) / 3 next next return ------------------------------------------------- 表示は、右にずらしてピクセルを出力することで実現します。 ------------------------------------------------- *proc_show for j,0,ylast,1 ; calculate offset offset = xlast * j for i,0,xlast,1 ; get data s = gdat0(i+offset) if (shift = 2) { s = gdat1(i+offset) } ; conversion if (shift = 1) { if (s > 128) { s = 255 } else { s = 0 } } ; set color color s,s,s ; set point pset i + shift * xlast ,j next next return ------------------------------------------------- 表示データは、２つの配列に保存されているものとして ピクセル値を決めています。また、２値化したときには 表示したとき、確実に判断できるように黒白を強調して あります。
ラプラシアンフィルタリング
ラプラシアンフィルタリングは、よくエッジ抽出に利用されます。 方式は２つあります。 注目点の４点近傍の値から算出する場合（下図の左）と８点近傍の 値から算出する場合（下図の左）です。注目点を、逐次変更してフィルタリング値を求め、表示すると エッジ抽出画像ができます。
上の画像を見てわかるように、０ラインと最終ラインはフィルタリング による変換を受けません。また、０ピクセルと最終ピクセルも変換なし になります。フィルタリングには、３ライン分のピクセルデータが必要 です。 ラプラシアンフィルタリングを実現して、エッジ抽出するためには 次の２処理を組合わせたシーケンスを利用します。
- 注目点の逐次変換
- フィルタリング
注目点を含めた９点の値を加算し、注目点の値を減算します。
専用ICを開発しやすいように、９点の加算を３つの独立した
３点加算器で実現します。
９倍は、その値と８倍を求める回路の出力を加算します。
（８倍は、単純に左に３ビットシフトして実現できます。）
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*calc_lap
last = xlast-1
; first and last pixel
fpga(0) = src(0)
fpga(last) = src(last)
; filtering
for ii,1,xlast-1,1
; get target pixel
a = (src(ii+xlast) << 3) + src(ii+xlast)
; get other point values
b = src(ii-1) + src(ii) + src(ii+1)
b += (src(ii+last) + src(ii+last+1) + src(ii+last+2))
b += (src(ii+2*last+1) + src(ii+2*last+2) + src(ii+2*last+3))
; calculate
result = b - a
; store
if result > 255 : result = 255
if result < 0 : result = 0
fgpa(ii) = result
next
return
---------------------------------------------------------------------
エッジが、より強調されるように、計算結果を
０〜２５５の範囲になるよう操作します。
プロシージャcalc_lapを使い回すには、配列srcにピクセルデータを
入れなければなりません。毎回、３ライン分のピクセルデータを転送
するのは、無駄なので、一度フィルタリングが終われば、３ラインの
ピクセルデータをシフトで２ラインにします。シフトで空いた１ライン
分のピクセルデータ領域に、新たなピクセルデータを転送します。
そのための専用プロシージャを用意します。
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*put_gdat
; calculate index
index = xlast + xlast
; calculate offset
offset = xlast * gpoint
; transfer
for ii,0,xlast,1
; shift
src(ii) = src(ii+xlast)
; shift
src(ii+xlast) = src(ii+index)
; transfer last area
src(ii+index) = gdat0(ii+offset)
next
return
----------------------------------------
最初の３ライン分のピクセルデータは、次のシーケンスで
予め設定します。
gpoint = 0 : gosub *put_gdat
gpoint = 1 : gosub *put_gdat
gpoint = 2 : gosub *put_gdat
ソースコード
ソースコードは、これまで説明したプロシージャに 画像データの入力と表示を加えると出来上がりです。 ------------------------------------------------- #include "hspext.as" screen 0,160*3,120 dim gdat0,19200 dim gdat1,19200 dim src,480 dim fgpa,160 ssize = 160 ylast = 120 xlast = 160 picload "cross.bmp",1 gosub *proc_save_gdat shift = 1 : gosub *proc_show gosub *proc_edge shift = 2 : gosub *proc_show stop *proc_save_gdat for j,0,ylast,1 ; calculate offset offset = j * xlast for i,0,xlast,1 ; get pixel informations pget i,j ; get color components r = ginfo(16) g = ginfo(17) b = ginfo(18) ; store gdat0(i+offset) = (r + g + b) / 3 next next return *proc_show for j,0,ylast,1 ; calculate offset offset = xlast * j for i,0,xlast,1 ; get data s = gdat0(i+offset) if (shift = 2) { s = gdat1(i+offset) } ; conversion if (shift = 1) { if (s > 128) { s = 255 } else { s = 0 } } ; set color color s,s,s ; set point pset i + shift * xlast ,j next next return ;=========== ; filtering ;=========== *proc_edge ; transfer first and line last = xlast * (ylast-1) for i,0,xlast,1 gdat1(i) = gdat0(i) gdat1(i+last) = gdat0(i+last) next ; transfer data gpoint = 0 : gosub *put_gdat gpoint = 1 : gosub *put_gdat gpoint = 2 : gosub *put_gdat ; filtering for i,1,ylast-2,1 ; laplacian filtering gosub *calc_lap ; transfer result gpoint = i : gosub *get_gdat ; transfer data gpoint = i+2 : gosub *put_gdat next return ;===================================================== ; transfer line data from gdat0 to internal registers ; input parameters ; gpoint : block entry offset ;===================================================== *put_gdat ; calculate index index = xlast + xlast ; calculate offset offset = xlast * gpoint ; transfer for ii,0,xlast,1 ; shift src(ii) = src(ii+xlast) ; shift src(ii+xlast) = src(ii+index) ; transfer last area src(ii+index) = gdat0(ii+offset) next return ;====================== ; Laplacian filtering ;====================== *calc_lap last = xlast-1 ; first and last pixel fpga(0) = src(0) fpga(last) = src(last) ; filtering for ii,1,xlast-1,1 ; get target pixel a = (src(ii+xlast) << 3) + src(ii+xlast) ; get other point values b = src(ii-1) + src(ii) + src(ii+1) b += (src(ii+last) + src(ii+last+1) + src(ii+last+2)) b += (src(ii+2*last+1) + src(ii+2*last+2) + src(ii+2*last+3)) ; calculate result = b - a ; store if result > 255 : result = 255 if result < 0 : result = 0 fgpa(ii) = result next return ;========================================================= ; transfer computed data from internal registers to gdat1 ; input parameters ; gpoint : block entry offset ;========================================================= *get_gdat ; calculate destination offset offset = xlast * gpoint ; transfer for ii,0,xlast,1 gdat1(ii+offset) = fgpa(ii) next return -------------------------------------------------目次 前 次