第7章特徴を調べる

画像のラベリング
特徴パラメータを使って抜き出す
特徴パラメータを使って雑音を除く
プログラミング例

画像のラベリング

下の果物の画像fruit.bmp、それを閾値34で二値化した画像fruit34.bmpは BMP形式の圧縮ファイルをダウンロードし、それを展開して得られる。

この2値画像に対して、特徴パラメータを用いた処理例を示す。

特徴パラメータを使って抜き出す

上の2値画像に対して、ラベリングを行い、特徴パラメータを調べた結果、以下の結果が得られた。

物体の番号	面積	周囲長	円形度	重心位置
0	3145	221.62	0.8046	(169, 50)
1	2069	174.27	0.8561	( 78, 90)
2	4293	459.40	0.2556	(197,123)
3	1868	165.44	0.8577	( 27,159)
4	5917	508.36	0.2877	(147,171)

また、ラベリングを行うプログラムを用いて、輪郭線、重心位置を表示させた結果は以下の通りである。

バナナの重心位置が描画されていないのは、バナナの輪郭と重なってしまったためである。

上の表を参考に、特徴パラメータを使って対象を抜き出す。

バナナを抜き出す

円軽度0.5以下を抜き出す
バナナの円軽度が他より低いことを利用して、バナナを抜き出した。
ここでは、円軽度が0.5以下のの連結成分を抜き出した。

上で作成したラベルをマスク画像に使って、バナナを抜き出した。

特徴パラメータを使って雑音を除く

上に示した4章で作成した微分画像に対して、特徴パラメータを使って雑音を除去する例を示す。

元画像

微分画像

微分画像
1次微分(Gradient)を施した(4章)。

二値画像

二値画像
閾値50で二値化した。

雑音を除去

面積10以上を抜き出す
二値画像に対して、面積10以上の連結成分を取り出した。

ラベリングを行う

#include    <stdio.h>
#include    "Params.h"

#define    L_BASE    100        /* 連結成分のラベルのベース値 */

void labelset(unsigned char image[Y_SIZE][X_SIZE], int xs, int ys, int label);

/*--- labeling --- 画像のラベリングを行う -------------------------------------
    image_in:        入力画像配列（２値画像）
    image_label:    出力画像配列（ラベル画像）
    cnt:            ラベルの個数
    buf:            バッファ
-----------------------------------------------------------------------------*/
int labeling(unsigned char image_in[Y_SIZE][X_SIZE], 
        unsigned char image_label[Y_SIZE][X_SIZE], int *cnt, char *buf)    
{
    int    i, j, label;

    for (i = 0; i < Y_SIZE; i++)
        for (j = 0; j < X_SIZE; j++)
            image_label[i][j] = image_in[i][j];
    label = L_BASE;
    for (i = 0; i < Y_SIZE; i++)
        for (j = 0; j < X_SIZE; j++) {
            if (image_label[i][j] == HIGH) {
                if (label >= HIGH) {
                    sprintf(buf, "--Error! too many labels. \n");
                    return -1;
                    }
                labelset(image_label, j, i, label); label++;
            }
        }
    *cnt = label-L_BASE;
    sprintf(buf, "  number of labels : %d \n", *cnt);
    return 0;
}

/*--- labelset --- 連結している画素すべてにラベル付けする ---------------------
    image:    画像配列
    xs, ys:    スタート位置
    label:    ラベル番号
-----------------------------------------------------------------------------*/
void labelset(unsigned char    image[Y_SIZE][X_SIZE], int xs, int ys, int label)
{
    int    i, j, cnt, im, ip, jm, jp;

    image[ys][xs] = label;
    for (;;) {
        cnt = 0;
        for (i = 0; i < Y_SIZE; i++)
            for (j = 0; j < X_SIZE; j++)
                if (image[i][j] == label) {
                    im = i-1; ip = i+1; jm = j-1; jp = j+1;
                    if (im < 0) im = 0; if (ip >= Y_SIZE) ip = Y_SIZE-1;
                    if (jm < 0) jm = 0; if (jp >= X_SIZE) jp = X_SIZE-1;
                    if (image[i ][jp] == HIGH) {
                        image[i ][jp] = label; cnt++;
                    }
                    if (image[im][jp] == HIGH) {
                        image[im][jp] = label; cnt++;
                    }
                    if (image[im][j ] == HIGH) {
                        image[im][j ] = label; cnt++;
                    }
                    if (image[im][jm] == HIGH) {
                        image[im][jm] = label; cnt++;
                    }
                    if (image[i ][jm] == HIGH) {
                        image[i ][jm] = label; cnt++;
                    }
                    if (image[ip][jm] == HIGH) {
                        image[ip][jm] = label; cnt++;
                    }
                    if (image[ip][j ] == HIGH) {
                        image[ip][j ] = label; cnt++;
                    }
                    if (image[ip][jp] == HIGH) {
                        image[ip][jp] = label; cnt++;
                    }
                }
        if (cnt == 0) break;
    }
}

特徴パラメータを調べる

#include    <stdio.h>
#include    "Params.h"

#define    L_BASE    100            /* 連結成分のラベルのベース値 */
#define    PI        (float)3.14159265
#define    ROOT2    (float)1.41421356

float calc_size(unsigned char image_label[Y_SIZE][X_SIZE], 
    int label, int *cx, int *cy);
float calc_length(unsigned char image_label[Y_SIZE][X_SIZE], int label);
float trace(unsigned char image_label[Y_SIZE][X_SIZE], int xs, int ys);

/*--- features --- 特徴パラメータを調べる -------------------------------------
    image_label_in:        入力ラベル画像配列
    image_label_out:    出力ラベル画像配列
    cnt:                物体の個数
    size:                面積
    ratio:                円形度
    buf:                メッセージ用バッファ
-----------------------------------------------------------------------------*/
void features(unsigned char    image_label_in[Y_SIZE][X_SIZE], 
    unsigned char image_label_out[Y_SIZE][X_SIZE], 
    int cnt, float size[], float ratio[], char *buf)
{
    int        i, j, center_x, center_y;
    float    l;
    int        posi, m;

    posi = 0;
    for (i = 0; i < Y_SIZE; i++)
        for (j = 0; j < X_SIZE; j++)
            image_label_out[i][j] = image_label_in[i][j];
    m = sprintf(buf, "   no   area   circum    round   grav x,y\n");
    posi += m;
    for (i = 0; i < cnt; i++) {
        size[i] = calc_size(image_label_out, i+L_BASE, 
            &center_x, &center_y);
        l = calc_length(image_label_out, i+L_BASE);
        ratio[i] = 4*PI*size[i]/(l*l);
        image_label_out[center_y][center_x] = HIGH;    /*　重心　*/
        m = sprintf(&buf[posi], "  %3d %6d %8.2f %8.4f  (%3d,%3d)\n",
            i, (int)size[i], l, ratio[i], center_x, center_y);
        posi += m;
    }                                                      
}

/*--- calc_size --- 面積，重心位置を求める ------------------------------------
    image_label:    ラベル画像配列
    label:            ラベル番号
    cx, cy:            重心位置
-----------------------------------------------------------------------------*/
float calc_size(unsigned char image_label[Y_SIZE][X_SIZE], 
    int label, int *cx, int *cy)
{
    int        i, j;
    float    tx, ty, total;

    tx = 0; ty = 0; total = 0;
    for (i = 0; i < Y_SIZE; i++)
        for (j = 0; j < X_SIZE; j++)
            if (image_label[i][j] == label) {
                tx += j; ty += i; total++;
            }
    if (total == 0.0) return 0.0;
    *cx = (int)(tx/total); *cy = (int)(ty/total);
    return total;
}

/*--- calc_length --- 周囲長を求める ------------------------------------------
    image_label:    ラベル画像配列
    label:            ラベル番号
-----------------------------------------------------------------------------*/
float calc_length(unsigned char image_label[Y_SIZE][X_SIZE], int label)
{
    int        i, j;

    for (i = 0; i < Y_SIZE; i++)
        for (j = 0; j < X_SIZE; j++)
            if (image_label[i][j] == label)    return trace(image_label, j-1, i);
    return 0;
}

/*--- trace --- 輪郭線を追跡する ----------------------------------------------
    image_label:    ラベル画像配列
    xs, ys:            スタート位置
-----------------------------------------------------------------------------*/
float trace(unsigned char image_label[Y_SIZE][X_SIZE], int xs, int ys)
{
    int        x, y, no, vec;
    float    l;

    l = 0;    x = xs; y = ys; no = image_label[y][x+1]; vec = 5;
    for (;;) {
        if (x == xs && y == ys && l != 0) return l;
        image_label[y][x] = HIGH;
        switch (vec) {
            case 3: 
                if (image_label[y][x+1] != no && image_label[y-1][x+1] == no)
                    {x = x+1; y = y  ; l++       ; vec = 0; continue;}    
            case 4: 
                if (image_label[y-1][x+1] != no && image_label[y-1][x] == no)
                    {x = x+1; y = y-1; l += ROOT2; vec = 1; continue;}    
            case 5: 
                if (image_label[y-1][x] != no && image_label[y-1][x-1] == no)
                    {x = x  ; y = y-1; l++       ; vec = 2; continue;}    
            case 6: 
                if (image_label[y-1][x-1] != no && image_label[y][x-1] == no)
                    {x = x-1; y = y-1; l += ROOT2; vec = 3; continue;}    
            case 7: 
                if (image_label[y][x-1] != no && image_label[y+1][x-1] == no)
                    {x = x-1; y = y  ; l++       ; vec = 4; continue;}    
            case 0: 
                if (image_label[y+1][x-1] != no && image_label[y+1][x] == no)
                    {x = x-1; y = y+1; l += ROOT2; vec = 5; continue;}    
            case 1: 
                if (image_label[y+1][x] != no && image_label[y+1][x+1] == no)
                    {x = x  ; y = y+1; l++       ; vec = 6; continue;}    
            case 2: 
                if (image_label[y+1][x+1] != no && image_label[y][x+1] == no)
                    {x = x+1; y = y+1; l += ROOT2; vec = 7; continue;}    
                vec = 3;
        }
    }
}

ある範囲の円形度をもつ連結成分を抜き出す

#include    <stdio.h>
#include    "Params.h"

#define    L_BASE        100    /*  連結成分のラベルのベース値         */

/*--- ratio_extract --- 円形度がある範囲の連結成分を抜き出す ------------------
    image_label_in:            入力ラベル画像配列
    image_label_out:        出力ラベル画像配列
    cnt:                    連結成分の個数
    ratio:                    円形度
    ratio_min, ratio_max:    最小値，最大値
-----------------------------------------------------------------------------*/
void ratio_extract(unsigned char image_label_in[Y_SIZE][X_SIZE], 
    unsigned char image_label_out[Y_SIZE][X_SIZE], 
    int cnt, float ratio[], float ratio_min, float ratio_max)
{
    int    i, j, x, y;
    int    lno[256];

    for (i = 0, j = 0; i < cnt; i++)
        if (ratio[i] >= ratio_min && ratio[i] <= ratio_max)
            lno[j++] = L_BASE+i;
    for (y = 0 ; y < Y_SIZE; y++) {
        for (x = 0; x < X_SIZE; x++) {
            image_label_out[y][x] = 0;
            for (i = 0; i < j; i++)
                if (image_label_in[y][x] == lno[i])
                    image_label_out[y][x] = image_label_in[y][x];
        }
    }
}

マスク領域だけ画像をコピーする

#include "Params.h"

/*---- masking --- マスク領域だけ画像データをコピーする -----------------------
    image_in:    入力画像配列
    image_out:    出力画像配列
    image_mask:    マスク画像配列（２値画像）
-----------------------------------------------------------------------------*/
void masking(unsigned char image_in[Y_SIZE][X_SIZE],
    unsigned char image_out[Y_SIZE][X_SIZE], 
    unsigned char image_mask[Y_SIZE][X_SIZE])
{
    int    i, j;

    for (i = 0; i < Y_SIZE; i++) {
        for (j = 0; j < X_SIZE; j++) {
              if (image_mask[i][j] == HIGH)    image_out[i][j] = image_in[i][j];
              else                            image_out[i][j] = 0;
        }
    }
}

ある範囲の面積をもつ連結成分を抜き出す

#include    <stdio.h>
#include    "Params.h"

#define    L_BASE        100    /*  連結成分のラベルのベース値         */

/*--- size_extract --- 面積がある範囲の連結成分を抜き出す ---------------------
    image_label_in:        入力ラベル画像配列
    image_label_out:    出力ラベル画像配列
    cnt:                連結成分の個数
    size:                面積
    size_min, size_max:    最小値，最大値
-----------------------------------------------------------------------------*/
void size_extract(unsigned char image_label_in[Y_SIZE][X_SIZE], 
    unsigned char image_label_out[Y_SIZE][X_SIZE], 
    int cnt, float size[], float size_min, float size_max)
{
    int    i, j, x, y;
    int    lno[256];

    for (i = 0, j = 0; i < cnt; i++)
        if (size[i] >= size_min && size[i] <= size_max)    lno[j++] = L_BASE+i;
    for (y = 0; y < Y_SIZE; y++) {
        for (x = 0; x < X_SIZE; x++) {
            image_label_out[y][x] = 0;
            for (i=0 ; i<j ; i++)
                if (image_label_in[y][x] == lno[i]) 
                    image_label_out[y][x] = image_label_in[y][x];
        }
    }
}

第7章 特徴を調べる