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JP2000048036A - 画像処理装置およびその方法 - Google Patents

画像処理装置およびその方法

Info

Publication number
JP2000048036A
JP2000048036A JP10213251A JP21325198A JP2000048036A JP 2000048036 A JP2000048036 A JP 2000048036A JP 10213251 A JP10213251 A JP 10213251A JP 21325198 A JP21325198 A JP 21325198A JP 2000048036 A JP2000048036 A JP 2000048036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
data
shape
image processing
code
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10213251A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Sato
眞 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP10213251A priority Critical patent/JP2000048036A/ja
Priority to US09/362,049 priority patent/US6532307B1/en
Publication of JP2000048036A publication Critical patent/JP2000048036A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/50—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of still image data
    • G06F16/58—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually
    • G06F16/583—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually using metadata automatically derived from the content
    • G06F16/5854—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually using metadata automatically derived from the content using shape and object relationship
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/70—Arrangements for image or video recognition or understanding using pattern recognition or machine learning
    • G06V10/74—Image or video pattern matching; Proximity measures in feature spaces
    • G06V10/75—Organisation of the matching processes, e.g. simultaneous or sequential comparisons of image or video features; Coarse-fine approaches, e.g. multi-scale approaches; using context analysis; Selection of dictionaries
    • G06V10/751—Comparing pixel values or logical combinations thereof, or feature values having positional relevance, e.g. template matching
    • G06V10/7515—Shifting the patterns to accommodate for positional errors

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  • Medical Informatics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Information Retrieval, Db Structures And Fs Structures Therefor (AREA)
  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)
  • Storing Facsimile Image Data (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像データベースに格納された画像は符号化
されているので、画像の特徴を検出するためには復号し
なければならず、検索対象画像の数が多いあるいは画像
サイズが大きい場合、検索スピードを低下させる要因と
なる。 【解決手段】 形状情報生成部4は、形状入力部3により
入力された画像の形状に基づき検索データを生成する。
比較部5は、検索データと、画像データベース1から読み
出された画像の符号データとを比較して、類似度が高け
れば復号器6にその画像の符号データを復号させる。類
似度が低ければ入力部2に次の画像の符号データを要求
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像処理装置およびその
方法に関し、例えば、符号化された画像データが格納さ
れた画像データベースから画像を検索する画像処理装置
およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】画像データベースに画像を格納し、検
索、表示を行う画像検索装置では、画像検索を行うため
に画像とともに所定の見出情報が保存される。見出情報
としては、例えば個々の画像ごとに所定の形式で付加さ
れる登録番号などが挙げられる。しかし、画像を検索す
る際の検索条件は、登録番号などの画像に固有に設定さ
れたものとは限らないから、画像の特徴を表す何らかの
情報を検索条件に利用できるようにする必要がある。例
えば、画像に含まれるオブジェクトの形状や色に関する
情報を言葉で表現したものなどであるが、言葉で表現す
ることが難しい形状などについては、画像そのものから
検出されるエッジ情報などを用いることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】しかし、上述した
技術においては、次のような問題点がある。
【０００４】画像データベースに格納された画像は、通
常、符号化圧縮されて蓄積されているので、エッジ情報
などの特徴を検出するためには、検出に先立ち画像を復
号伸長しなければならない。従って、検索対象画像の数
が多いあるいは画像のサイズが大きい場合、検索スピー
ドを低下させる要因となる。
【０００５】本発明は、上述の問題を解決するためのも
のであり、符号化された複数の画像データの中から所望
する画像を高速に検索することができる画像処理装置お
よびその方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成する一手段として、以下の構成を備える。
【０００７】本発明にかかる画像処理装置は、符号化さ
れた複数の画像データが格納される格納手段と、画像の
検索情報として画像の形状を入力する入力手段と、前記
画像の形状に基づき検索データを生成する生成手段と、
前記検索データと、前記格納手段から読み出された画像
の符号データとを比較して、前記検索データおよび前記
画像の類似度を判定する判定手段とを有することを特徴
とする。
【０００８】本発明にかかる画像処理方法は、符号化さ
れた複数の画像データから所望する画像を検索する画像
処理方法であって、画像の検索情報として画像の形状を
入力し、前記画像の形状に基づき検索データを生成し、
前記検索データと、画像の符号データとを比較して、前
記検索データおよび前記画像の類似度を判定することを
特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施形態
の画像処理装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
【第1実施形態】図1は本発明にかかる一実施形態の画像
検索装置の構成例を示すブロック図で、同図により装置
全体の構成と動作を説明する。
【００１１】画像データベース1には、画像入力部8によ
り入力され、符号化部9により符号化圧縮された多数の
画像が格納されている。入力部2は、画像データベース1
から検索対象画像の符号データを読み込み、比較部5へ
出力する。一方、検索時に、形状入力部3から入力され
る検索条件である画像の形状に関する情報は、形状情報
生成部4により処理されて、比較部5に出力される。比較
部5は、入力部2および形状情報生成部4から入力される
データを比較し、両者が所定の条件を満たさない場合は
次の画像の符号データの入力を指示する制御信号を入力
部2に送る。逆に、両者が所定の条件を満たす場合は画
像データベース1の該当する符号データの復号を指示す
る制御信号を復号器6に送る。復号器6は、比較部5に指
示された符号データを画像データベース1から読み出
し、復号して表示部7に送る。従って、表示部7には、形
状入力部3から入力された検索条件である画像の形状と
一致する画像が表示されることになる。
【００１２】以下では、各部の詳細な構成および動作に
ついて説明する。
【００１３】画像データベース1は、検索対象の画像が
蓄積されるもので、ハードディスク、光磁気ディスクな
どの記憶媒体を用いる記憶装置である。記憶装置に格納
される個々の画像は符号化圧縮されているが、以下に符
号化の手順と生成されるビットストリームの構造につい
て説明する。
【００１４】図2は符号化部9の概略構成を示すブロック
図である。符号化対象の画像は、離散ウェーブレット変
換部E1により離散ウェーブレット変換を施されて所定数
の異なる周波数帯域（以降「サブバンド」と呼ぶ）に属
する一連の係数に分割される。この離散ウェーブレット
変換の手順については公知であるから説明を省略する。
図3は離散ウェーブレット変換により得られるサブバン
ドを示す図であり、この例では、10個のサブバンドが存
在する。これらサブバンドに属する係数は、順次、量子
化部E2へ出力される。量子化部E2は、入力されるサブバ
ンドの係数を所定の量子化ステップで量子化し、その量
子化インデックスをビットプレーン単位でエントロピ符
号化器E3へ出力する。本実施形態においては、各サブバ
ンドで同じ量子化ステップを用いることにするが、サブ
バンドごとに量子化ステップを変えることもできる。エ
ントロピ符号化器E3は、入力される量子化インデックス
をビットプレーン単位で符号化したビットストリームを
出力する。
【００１５】このようにして得られたビットストリーム
は、画像データベース1に格納されるが、その構造は図4
に示すようになる。同図(a)はビットストリームの全体
的な構成を示し、画像サイズ、ウェーブレット変換にお
ける変換レベル、並びに、最大および最小のビットプレ
ーン番号NmaxおよびNminなどのヘッダ情報に続き、実際
の変換係数を表すビットストリームが続く。同図(b)は
ビットストリームの構成を示し、最大ビットプレーンか
ら最小ビットプレーンに向かって各サブバンドのビット
情報が配列されている。
【００１６】次に、図4に示すようなビットストリーム
形式で画像データベース1に格納された画像に対する検
索方法を説明する。
【００１７】図1に示す形状入力部3は、検索条件として
の画像形状を入力するもので、オペレータが形状を入力
可能な何らかの手段、例えばマウスやタブレットのよう
なポインティングデバイスからなる入力装置、および、
入力された形状を目視で確認するためのCRTやLCDからな
る表示装置から構成される。形状の入力方法は、通常、
コンピュータ装置で用いられる方法であれば、どのよう
なものでも適用することができる。例えば、画面上に描
画される形状をマウス操作により所望に形状にする方法
でもよいし、または、スキャナなどの入力装置により所
望する形状を表す画像を読み込んでもよい。このように
して入力された画像形状を示すデータは例えば二値画像
として形状情報生成部4へ出力される。
【００１８】図5は形状情報生成部4の構成例を示すブロ
ック図である。解像度変換部401は、入力される形状デ
ータを、形状の比較に用いられるデータの解像度に合わ
せるために、所定の大きさに変換する。エッジ検出部40
2は入力される二値画像のエッジを検出し、その検出結
果を示すエッジ画像を出力する。図6はエッジ検出部402
の動作を説明するための図で、同図(a)に示す形状画像
は、同図(b)に示すエッジ画像に変換され、比較部5に出
力される。なお、本実施形態のエッジ画像は値‘1’の
黒画素がエッジを示し、それ以外の画素は値‘0’の白
画素になる。
【００１９】一方、画像データベース1に格納された画
像は、順次、入力部2により読み出されるが、この際読
み出されるビットストリームは図4に示す構造をもつ。
入力部2は、ビットプレーンNmaxに対応するビットスト
リーム中のLLサブバンド以外から、エッジ画像と同じ解
像度をもつ所定のレベルのデータを読み出し、比較部5
へ出力する。比較部5へ入力された符号データはエント
ロピ復号されて、符号化時に量子化された係数またはイ
ンデックスが復元される。
【００２０】図7は比較部5により実行される、復元され
たサブバンドとエッジ画像との比較手順の概略を示す図
である。入力される三つのサブバンドは論理和されて一
つのサブバンドに合成された後、エッジ画像との差分が
取られる。そして、検索対象の画像またはサブバンドを
所定の大きさのブロックに分割し、そのブロックにおけ
る差分の絶対値の和が所定の閾値以下であればエッジ画
像と合成サブバンドとの間の類似度が高いと判断され
る。なお、ブロックの大きさおよび閾値は、検索に必要
な精度に応じて設定されるものである。
【００２１】また、差分の絶対値の和が所定の閾値を超
える場合、比較部5は、入力部2からさらに下位のビット
プレーンに属する符号データを読込み、上記と同様の処
理を行う。合成サブバンドの係数は、元の画像のエッジ
に相当する部分に大きい係数が集中するから、上位ビッ
トプレーンから順にビットプレーン単位で比較を行うこ
とにより、エッジ強度の高い部分を優先的に比較するこ
とになり、画像に含まれるオブジェクトの形状を、その
符号データを完全に復号せずに比較して、効率よく検索
処理を実行することができる。
【００２２】比較部5は、エッジ画像と合成サブバント
との比較結果が類似を示す場合、前述したように、復号
器6に制御信号を送り、画像データベース1から該当する
画像のビットストリームを読み出して復号させる。従っ
て、復号器6内で図2と逆順の処理が行われ、画像が再生
され、表示部7に表示される。
【００２３】
【第2実施形態】第1実施形態においては、形状画像の大
きさまたは解像度と、ビットストリームから読込むサブ
バンドの大きさまたは解像度とをに合わせたが、第2実
施形態は、両者の大きさまたは解像度を合わせずに比較
を行うものである。
【００２４】本実施形態においては、形状情報生成部4
で任意の大きさのエッジ画像が生成されるとする。比較
部5は、図8に示すように、比較対象のデータに対し領域
分割を行い、その結果を比較することにより判定を行
う。図9および図10は領域の分割方法を説明するための
図である。
【００２５】領域分割は、対象画像あるいはサブバンド
のビットプレーンを再帰的に分割し、その分割情報を1
ビットのフラグとして出力するものであるが、この処理
の流れを図9のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】ステップS301では領域の初期化が行われ
る。この領域には、形状情報生成部4から入力されるエ
ッジ画像またはビットストリームから読込んだ係数のビ
ットプレーンが対応する。ステップS302では、現在の領
域内が走査され、値‘1’の画素が所定の割合を超える
場合にステップS304で分割情報‘1’が出力される。そ
うでなければステップS303で分割情報‘0’が出力され
た後、領域分割処理が終了する。
【００２７】次に、ステップS305で現在の領域サイズが
所定サイズ以上であるか否かがチェックされ、所定の大
きさ以上の場合はステップS306で現在の領域が大きさの
略等しい四つの領域に分割され、四分割された領域それ
ぞれについてステップS301以降の処理が再帰的に施され
る。そうでない場合はステップS307で、領域内のビット
情報が出力される。
【００２８】以上の処理を図10(a)に示す大きさが8×8
画素の領域に施した際の、領域分割の流れを同図(b)か
ら(d)に示す。ステップS302における所定の割合が「値
‘1’の画素が一つ以上存在すること」だとすると、同
図(b)に示すようにR1、R2、R3およびR4の四つの副領域
に分割される。次に、各副領域に対して同様の処理が行
われ、領域R1はさらに同図(c)に示すようにR11、R12、R
13およびR14に分割される。ここで、ステップS305にお
ける所定サイズを3×3画素とすると、さらなる分割は行
われず、領域R11、R12、R13およびR14のビットデータが
出力される。次に、副領域R2の領域分割処理が行われ、
図10(d)に示すように、副領域R2も四分割される。以
降、同様の処理がR3，R4に対して行われる。
【００２９】比較部5は、このようにして得られる領域
分割情報を比較することで比較処理を行うが、比較対象
の画像間で‘1’のビットの分布が似通っている場合は
領域分割情報がほぼ等しくなるため、類似する画像を検
出することができる。また、領域分割情報を比較するの
で、比較対象の画像間で画像サイズが等しい必要はな
い。さらに、領域分割条件を適切に選ぶことで所望する
精度の比較が可能になる。
【００３０】また、以上の説明においては、領域分割情
報を逐次比較する例を説明したが、領域分割は四つの副
領域を生成するために、これを基に一度四分木を構成
し、四分木の各ノードを比較してもよい。
【００３１】
【他の実施形態】なお、本発明は、複数の機器（例えば
ホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プ
リンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一
つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ
装置など）に適用してもよい。
【００３２】また、本発明の目的は、前述した実施形態
の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記
録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そ
のシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやM
PU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し
実行することによっても、達成されることは言うまでも
ない。この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコ
ード自体が前述した実施形態の機能を実現することにな
り、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明
を構成することになる。また、コンピュータが読出した
プログラムコードを実行することにより、前述した実施
形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコ
ードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOS
（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部
または全部を行い、その処理によって前述した実施形態
の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもな
い。
【００３３】さらに、記憶媒体から読出されたプログラ
ムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カード
やコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わる
メモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に
基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わ
るCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その
処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合
も含まれることは言うまでもない。
【００３４】上述した各実施形態においては、符号化圧
縮された画像のビットストリームは離散ウェーブレット
変換係数である場合を説明したが、その他の変換手法、
例えばサブバンド分解により得られる係数であってもよ
い。また、離散コサイン変換であっても、領域比較の際
に係数を空間的に並べ替えることにより比較が可能であ
る。
【００３５】また、上述した各実施形態においては、符
号化に際して量子化された係数をエントロピ符号化する
例を説明したが、係数を第2実施形態で説明した領域分
割情報に置き換えて符号化することも可能である。この
場合、検索処理における比較において、エッジ画像を領
域分割したビット列と、符号化圧縮された画像のビット
ストリームとを直接比較することができるので、検索処
理をより高速に実行することが可能になる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
符号化された複数の画像データの中から所望する画像を
高速に検索する画像処理装置およびその方法を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第1実施形態の画像検索装置の
構成例を示すブロック図、
【図２】図1に示す符号化部の概略構成を示すブロック
図、
【図３】離散ウェーブレット変換によるサブバンドを説
明する図、
【図４】符号化圧縮された画像のビットストリームを説
明するための図、
【図５】図1に示す形状情報生成部の構成例を示すブロ
ック図、
【図６】図5に示すエッジ検出部の動作を説明するため
の図、
【図７】図1に示す比較部が実行する比較処理を説明す
る図、
【図８】本発明にかかる第2実施形態の比較部が実行す
る比較処理を説明する図、
【図９】比較部が実行する領域分割の方法を説明する
図、
【図１０】比較部が実行する領域分割の方法を説明する
図である。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 符号化された複数の画像データが格納さ
    れる格納手段と、 画像の検索情報として画像の形状を入力する入力手段
    と、 前記画像の形状に基づき検索データを生成する生成手段
    と、 前記検索データと、前記格納手段から読み出された画像
    の符号データとを比較して、前記検索データおよび前記
    画像の類似度を判定する判定手段とを有することを特徴
    とする画像処理装置。
  2. 【請求項２】 前記判定手段は、前記画像の類似度が低
    い場合、前記格納手段から新たな画像の符号データを読
    み出して比較を行うことを特徴とする請求項1に記載さ
    れた画像処理装置。
  3. 【請求項３】 さらに、前記判定手段により得られる類
    似度に基づき、前記格納手段に格納された画像の符号デ
    ータを復号する復号手段を有することを特徴とする請求
    項1または請求項2に記載された画像処理装置。
  4. 【請求項４】 前記画像の符号データは、画像に対する
    変換処理により得られる変換係数を所定数のビットプレ
    ーンで順次符号化したものであることを特徴とする請求
    項1から請求項3の何れかに記載された画像処理装置。
  5. 【請求項５】 前記変換処理は、離散ウェーブレット変
    換であることを特徴とする請求項4に記載された画像処
    理装置。
  6. 【請求項６】 前記判定手段は、前記画像の符号データ
    から読み出したビットプレーンを単位として比較を行う
    ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載された画
    像処理装置。
  7. 【請求項７】 前記判定手段は、前記画像の符号データ
    から読み出した所定の空間周波数領域のデータを単位と
    して比較を行うことを特徴とする請求項4または請求項5
    に記載された画像処理装置。
  8. 【請求項８】 前記検索データは、前記画像の形状を示
    す二値画像であることを特徴とする請求項1から請求項7
    の何れかに記載の画像処理装置。
  9. 【請求項９】 前記判定手段は、判定対象のデータを所
    定の条件に基づき領域分割し、その領域分割結果を比較
    するものであることを特徴とする請求項1から請求項8の
    何れかに記載された画像処理装置。
  10. 【請求項１０】 符号化された複数の画像データから所
    望する画像を検索する画像処理方法であって、 画像の検索情報として画像の形状を入力し、 前記画像の形状に基づき検索データを生成し、 前記検索データと、画像の符号データとを比較して、前
    記検索データおよび前記画像の類似度を判定することを
    特徴とする画像処理方法。
  11. 【請求項１１】 符号化された複数の画像データから所
    望する画像を検索する画像処理方法のプログラムコード
    が記録された記録媒体であって、 画像の検索情報として画像の形状を入力するステップの
    コードと、 前記画像の形状に基づき検索データを生成するステップ
    のコードと、 前記検索データと、画像の符号データとを比較して、前
    記検索データおよび前記画像の類似度を判定するステッ
    プのコートとが記録されたことを特徴とする記録媒体。
JP10213251A 1998-07-28 1998-07-28 画像処理装置およびその方法 Withdrawn JP2000048036A (ja)

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US09/362,049 US6532307B1 (en) 1998-07-28 1999-07-28 Image retrieval by comparing wavelet encoded database images with input shapes

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