JP2003163810A - 階調変換方法およびその処理プログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多値画像を二値化する階調変換アルゴリズムに
おいて、出力する二値階調の画像データのファイルサイ
ズと画像濃度を調整することで、かすれや文字のつぶれ
のない、ノイズの少ない画像を出力させる。 【解決手段】うすい文字や罫線を抽出するために、二値
画像が濃くなるように二値化しきい値をあらかじめ設定
して（３０２）、二値画像を生成する（３０３）。生成
された二値画像がファイルサイズ制限を満たす場合、ま
たは生成された二値画像がファイルサイズ制限と二値画
像の単位面積に対するファイルサイズの制限を満たす場
合（３０５）、その二値画像を出力する（Ｎｏ）。条件
を満たさない場合（Ｙｅｓ）は、出力濃度がうすくなる
ように二値化しきい値αを設定して再度二値化処理を実
施する（３０６）。条件を満たすまで繰り返し二値化し
きい値を設定して二値化処理を行い、条件を満たしたと
きその二値画像を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多値画像を二値画
像に変換する階調変換方法およびその処理プログラムに
関し、特に出力する二値階調の画像データのファイルサ
イズと画像濃度を調整することが可能な階調変換方法お
よびその処理プログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】画像の構成要素である１ピクセル（ｐｉ
ｘｅｌ：最小単位）の画素で表現できる色や階調が多い
多値画像を、１ピクセルで表現できる色が２色（明暗の
み）のみの２値画像に変換する場合がある。多値画像か
ら適切な濃度の二値画像を生成する手法として、多値画
像のヒストグラム内の二つの山の間の谷を二値化しきい
値とするモード法がある。例えば、背景が白の画面に文
字が複数列記載されている場合には、白い部分と黒い部
分が多くなり、白と黒の中間のグレイの部分が少ないた
めに、横軸に白から黒までの画素を配列し、縦軸に輝度
値をとったヒストグラムでグラフを描くと、上記グレイ
の部分は谷状になる。この谷の部分を二値化しきい値
（白と黒の境界値）とする方式である。しかし、画像内
において、背景の濃度と抽出したい領域の濃度との差が
近い場合や重なっている場合には、ヒストグラムに明確
な谷がないため、適切な二値画像を生成することはでき
ない。

【０００３】画像の濃度分布に影響されずに適切な濃度
の二値画像を生成する手法として、例えば、特開2000-1
15510号公報に記載された浮動しきい値方式がある。図
５は、上記公報に記載された浮動しきい値方式と多値画
像全体のヒストグラムを示す図である。２５６階調多値
画像の２５５を白、０を黒とし、二値化しきい値の範囲
の上限をα、下限をβとする。注目画素の多値画素の輝
度値がαより大きい場合には白、βより小さい場合には
黒、上限値αと下限値βの間にある場合には、注目画素
周辺の局所領域の平均輝度値によって二値化しきい値を
決定する。

【０００４】図５において、上限値αを大きくすると、
文字・罫線等の情報が抽出されるが、上限値αを小さく
すると、かすれが発生する。この場合、上限値αをあま
り大きくすると、黒になって欲しくない所まで黒になる
ために、ノイズが発生する。また、上限値αを小さくし
ていくと、黒い所まで白くなるために、かすれが多く発
生する。一方、下限値βは、背景濃度を決定するために
用いるしきい値である。下限値βを小さく設定すること
により、濃度の濃い背景が黒に出力されて、文字・罫線
がつぶれるのを防止する。

【０００５】図６は、図１における浮動しきい値方式で
適用される局所領域範囲を示す図である。図６におい
て、黒も濃い画素は、注目画素であり、その周辺のグレ
イ部分は注目画素を含む局所領域であり、白い部分は背
景領域である。浮動しきい値方式では、二値化対象画素
周辺の平均輝度と二値化対象画素の輝度値によって二値
化しきい値を決定する。局所領域の情報をもとに二値化
しきい値を決定して二値化を行うため、画像全体に対し
て同じ二値化しきい値を適用する方式より濃度変化に対
応することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の浮動し
きい値方式でも様々な濃度を有する対象画像に対しては
万能ではない。例えば、画像内にうすい文字・罫線が含
まれている場合、その情報を抽出するためには、出力が
濃くなるように二値化しきい値を設定する必要がある。
浮動しきい値方式では、二値化しきい値の上限と下限を
設定し、二値化しきい値をその範囲内で局所領域の平均
輝度値に応じて決定する方式である。うすい文字・罫線
等を抽出するために、二値画像を濃く出力するように浮
動しきい値の上下限の範囲を設定すると、かすれは発生
しにくくなるが濃い背景の画像では背景領域にノイズが
多く発生する。

【０００７】ファイル形式が圧縮を用いた二値画像の場
合、一般的にノイズが多いと圧縮効率は悪くなるのでフ
ァイルサイズが大きくなる。すなわち、圧縮する場合、
一般に、真白な画面は、白を何個配列するかという符号
だけでよいため、圧縮効率が良いのに対して、黒が多い
画面では、白と黒との場所毎の個数を示して符号化する
ため、圧縮効率は悪くなる。黒が多いとノイズが多くな
り、ノイズが多いと圧縮効率が悪くなり、圧縮効率が悪
いとシステムのファイルサイズが不足してしまい、また
転送ファイルのサイズにも影響を与えるので、システム
のファイルサイズと濃度を調整することにより、出力さ
れる画像をできるだけ見易いものにする必要がある。

【０００８】このように、出力画像ファイルサイズに制
限があるシステムに二値化アルゴリズムを導入する場
合、二値画像を濃く出力するとノイズが多く出現し、出
力ファイルサイズがその上限を超える場合がある。そこ
で、薄い文字・罫線を抽出し、ノイズを極力抑え、出力
二値画像のファイルサイズがシステム上限以下になるよ
うな階調変換アルゴリズムが必要となる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、これら従来の課
題を解決し、出力する二値階調の画像データのファイル
サイズと画像濃度を調整して、システムのファイルサイ
ズの限度内で、文字・罫線が見易く、文字のつぶれがな
く、文字や画像のかすれもない明瞭な画像を出力するこ
とができる階調変換方法およびその処理プログラムを提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の階調変換方法は、うすい文字や罫線を抽出
するために、二値画像が濃くなるように二値化しきい値
をあらかじめ設定して、二値画像を生成し、生成された
二値画像がファイルサイズ制限を満たす場合はその二値
画像を出力するが、条件を満たさない場合は出力濃度が
うすくなるように二値化しきい値を設定し直して、再度
二値化処理を実施し、ファイルサイズ判定を行う。二値
画像をよりうすく出力することによってノイズが低減
し、ファイル圧縮効率が向上することにより、ファイル
サイズが小さくなる。ファイルサイズが条件を満たすま
で、繰り返し二値化しきい値を設定して二値化処理を行
い、二値画像が繰り返し処理の終了条件であるファイル
サイズの条件を満たした場合はその二値画像を出力す
る。

【００１１】さらに、繰り返し処理の終了条件として、
ファイルサイズ判定に加えて二値画像の単位面積に対す
るファイルサイズの判定を実施する。二値画像の単位面
積に対するファイルサイズを情報密度と定義する。二値
化処理で生成された二値画像のファイルサイズが条件を
満たし、かつ情報密度が情報密度しきい値未満の場合は
その二値画像を出力するが、それ以外は条件を満たすま
で繰り返し出力濃度がうすくなるように二値化しきい値
を設定して二値化処理を行う。情報密度判定を実施する
ことにより、画像の大きさに影響されることなく、同程
度の濃度で二値画像を生成する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図１は、本発明が適用されるハー
ドウェアの図である。本発明の階調変換方法は一般のパ
ソコン２０のＣＰＵ内部で処理される。対象となる画像
は、パソコン２０に接続されたスキャナ１０等の画像入
力装置から入力される。パソコン２０で本発明の処理が
終了すると、得られた画像は画像プリンタ、あるいは画
像表示装置等の出力装置３０から出力される。

【００１３】本発明においては、二値化方式として浮動
しきい値方式を採用する。すなわち、図５に示すような
２５６階調多値画像のヒストグラムを作成し、注目画素
の多値画像の輝度値が上限値αより大きい場合は白、下
限値βより小さい場合は黒、αとβの間にある場合に
は、注目画素周辺の局所領域の平均輝度値によって二値
化しきい値α，βを決定する。実施例では、しきい値α
の初期値を大きく設定することにより文字・罫線等を抽
出し、繰り返し処理でαを減じることによりノイズを低
減する。終了条件を満たす中で極力αを大きくすること
で、文字・罫線等の情報の欠落を防ぐ。しきい値βは、
背景濃度を決定するのに用いるしきい値である。βを小
さく設定することにより、濃度の濃い背景が黒に出力さ
れて文字・罫線がつぶれるのを防ぐ。

【００１４】本発明のパラメータ（構成要素）となる二
値化しきい値α，β、ファイルサイズ、情報密度、ファ
イルサイズ制限（しきい値）および情報密度しきい値に
ついて概略を述べると、二値化しき値は、前述のように
注目画素周辺の局所領域の平均輝度値により決定する
が、高めに設定すると画像は全体的に濃くなり、低めに
設定すると全体的に薄くなる。また、ファイルサイズを
参照して判定する場合には、必ずシステムのファイルサ
イズの制限を超えないように調整することができるた
め、システム上に問題のない画像が得られる。しかし、
文字のつぶれが生じる可能性もある。

【００１５】一方、情報密度は、ファイルサイズ／面積
で表わされる単位当りのファイルサイズである。情報密
度を参照して判定する場合には、均一の濃度で画像を出
力できるという利点がある。この場合には、文字のつぶ
れはないが、ファイルサイズが大きくなり過ぎて、シス
テムのファイルサイズや転送制限となるファイルサイズ
を超えてしまうことも生じ得る。ファイルサイズ制限
（ファイルサイズしきい値）と情報密度しきい値につい
ては、システムのファイルサイズ、転送ファイルサイズ
の制限値、およびファイルサイズ／面積の制限値であ
る。

【００１６】以下、（ａ）ファイルサイズのみを参照し
て、画像を出力するか、あるいは再設定するかを判別す
る第１の実施例、（ｂ）単位面積当りのファイルサイズ
（情報密度）のみを参照して、画像を出力するか、ある
いは再設定するかを判別する第２の実施例、（ｃ）ファ
イルサイズと情報密度の両方を参照して、画像を出力す
るか、あるいは再設定するかを判別する第３の実施例、
についてそれぞれ説明する。

【００１７】（第１の実施例）図２は、本発明の第１の
実施例（ファイルサイズのみ参照）を示す処理手順のフ
ローチャートである。 （１）あらかじめ多値画像の中から二値化処理対象範囲
を抽出する（ステップ１０１）。二値化処理対象範囲と
は、例えば周囲も含めた対象物（例えば、鉛筆）の画像
から鉛筆のみを抽出することである。二値化処理範囲を
必要な領域のみに限定することにより、出力画像のファ
イルサイズを小さくする。 （２）文字や罫線がかすれる問題点に対処するため、文
字・罫線等の濃度を調節するしきい値αの初期値を大き
く設定する。また、背景が黒になって文字・罫線等がつ
ぶれるのを防ぐために、背景濃度を調節するβを小さく
設定する（ステップ１０２）。

【００１８】（３）浮動しきい値方式により、二値化処
理対象範囲を二値化する（ステップ１０３）。 （４）二値画像をＴＩＦＦ（Ｔａｇ Ｉｍａｇｅ Ｆｉ
ｌｅ Ｆｏｒｍａｔ）形式で圧縮する（ステップ１０
４）。 （５）ファイル容量の判定を行う（ステップ１０５）。
すなわち、ファイルサイズがファイルサイズ制限（ここ
では、ファイルサイズのしきい値）未満であるか、以上
であるかを判定する。

【００１９】（６）（５）でファイルサイズ制限未満で
あれば、二値画像を出力して終了する。また、（５）で
条件を満たしていない場合、つまりファイルサイズ制限
以上であれば、αの値を減じて浮動しきい値方式による
二値化を再度行う（繰り返し処理）（ステップ１０
６）。

【００２０】αを減じる大きさが大きい場合は、再二値
化の回数が減るため処理時間は少なくなるが、濃度が急
激に変化するために適した濃度の画像が得られにくくな
り、精度が低下する。一方、αを減じる大きさが小さい
場合は、再二値化の回数が増えるため処理時間は多くな
るが、適した濃度が得られるので、精度は向上する。し
たがって、減じるαの値は二値画像のファイルサイズに
応じて大きさを調整し、処理時間の短縮と精度向上を行
う。ファイルサイズを参照して判定する場合には、必ず
システムのファイルサイズの制限を超えないように調整
することができるため、システム上に問題のない画像が
得られる。

【００２１】（第２の実施例）図２は、本発明の第２の
実施例（情報密度のみを参照）を示す処理手順のフロー
チャートである。 （１）あらかじめ多値画像の中から二値化処理対象範囲
を抽出する（ステップ２０１）。二値化処理範囲を必要
な領域のみに限定することにより、出力画像のファイル
サイズを小さくする。 （２）文字や罫線がかすれる問題点に対処するため、文
字・罫線等の濃度を調節するしきい値αの初期値を大き
く設定する。また、背景が黒になって文字・罫線等がつ
ぶれるのを防ぐために、背景濃度を調節するβを小さく
設定する（ステップ２０２）。

【００２２】（３）浮動しきい値方式により、二値化処
理対象範囲を二値化する（ステップ２０３）。 （４）二値画像をＴＩＦＦ形式で圧縮する（ステップ２
０４）。 （５）情報密度の判定を行う（ステップ２０５）。すな
わち、容量／面積＝情報密度が情報密度しきい値未満で
あるか、以上であるかを判定する。

【００２３】（６）（５）で情報密度しきい値未満であ
れば、二値画像を出力して終了する。また、（５）で条
件を満たしていない場合、つまり情報密度しきい値以上
であれば、αの値を減じて浮動しきい値方式による二値
化を再度行う（繰り返し処理）（ステップ２０６）。こ
こで、減じるαの値は二値画像の情報密度に応じて大き
さを調整し、処理時間の短縮と精度向上を行う。情報密
度を参照して判定する場合には、均一の濃度で画像を出
力できるという利点がある。

【００２４】（第３の実施例）図２は、本発明の第３の
実施例（ファイルサイズと情報密度の両方を参照）を示
す処理手順のフローチャートである。 （１）あらかじめ多値画像の中から二値化処理対象範囲
を抽出する（ステップ３０１）。 （２）文字や罫線がかすれる問題点に対処するため、文
字・罫線等の濃度を調節するしきい値αの初期値を大き
く設定する。また、背景が黒になって文字・罫線等がつ
ぶれるのを防ぐために、背景濃度を調節するβを小さく
設定する（ステップ３０２）。

【００２５】（３）浮動しきい値方式により、二値化処
理対象範囲を二値化する（ステップ３０３）。 （４）二値画像をＴＩＦＦ形式で圧縮する（ステップ３
０４）。 （５）最終判定（ファイル容量および情報密度の判定）
を行う（ステップ３０５）。すなわち、ファイルサイズ
および情報密度について、いずれもしきい値未満である
か、以上であるかを判定する。

【００２６】（６）（５）ファイルサイズ制限未満およ
び情報密度しきい値未満であれば、二値画像を出力して
終了する。また、（５）で条件を満たしていない場合、
つまりファイルサイズ制限以上もしくは情報密度しきい
値以上であれば、αの値を減じて浮動しきい値方式によ
る二値化を再度行う（繰り返し処理）（ステップ３０
６）。ここでは、減じるαの値は二値画像のファイルサ
イズおよび情報密度に応じて大きさを調整し、処理時間
の短縮と精度向上を行う。この場合には、ファイルサイ
ズのみの判定（第１の実施例）と情報密度のみの判定
（第２の実施例）の場合の双方の良い点を有する画像が
出力される。つまり、システム上に問題がなく、かつ均
一の濃度で、かすれが少なく、文字のつぶれもない良好
な画像が出力されることになる。

【００２７】図２〜図４の階調変換方法の処理フローを
コンピュータ（パソコン等）に実行させるための階調変
換用プログラムに変換し、変換された階調変換用プログ
ラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納しておく。これ
により、任意のコンピュータにその記録媒体を装着し
て、記録媒体から上記プログラムをインストールして実
行させることで、本発明を容易に実現することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多値画像を二値化する階調変換方法において、出力する
二値階調の画像データのファイルサイズと画像濃度を調
整することにより、かすれたり、文字のつぶれがなく、
ノイズの少ない明瞭な画像を出力することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される階調変換システムのハード
ウェア構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例（ファイルサイズのみ参
照）を示す階調変換方法の処理フローチャートである。

【図３】本発明の第２の実施例（情報密度のみ参照）を
示す階調変換方法の処理フローチャートである。

【図４】本発明の第３の実施例（ファイルサイズと情報
密度の両方を参照）を示す階調変換方法の処理フローチ
ャートである。

【図５】多値画像全体のヒストグラムと浮動しきい値方
式概要を示す図である。

【図６】浮動しきい値方式において適用される局所領域
範囲を示す図である。

【符号の説明】

１０…スキャナ、２０…パソコン、３０…画像出力装
置、α…浮動しきい値（上限値）、β…浮動しきい値
（下限値）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B057 BA30 CA02 CA08 CA12 CA16 CB02 CB06 CB12 CB16 CE12 CH11 DA17 DB02 DB09 DC23 5C077 LL02 LL08 LL09 LL18 PQ19 RR02 RR15 RR21 5C078 AA04 CA01 DA01 DB06 DB13

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多値階調の画像データから所定のパラメ
   ータを用いて二値階調の画像データを生成する階調変換
   方法において、 前記パラメータを設定して、二値画像を生成し、 前記パラメータを、前記二値階調の画像データのファイ
   ルサイズあるいは単位面積あたりのファイルサイズを参
   照して再設定し、 当該パラメータにより再度二値階調の画像データを生成
   して、最終的な二値階調の画像データのファイルサイズ
   あるいは濃度を制御することを特徴とする階調変換方
   法。
2. 【請求項２】 多値階調の画像データから所定のパラメ
   ータを用いて二値階調の画像データを生成する階調変換
   方法において、 前記パラメータを設定して、二値画像を生成し、 前記パラメータを、前記二値階調の画像データのファイ
   ルサイズおよび単位面積あたりのファイルサイズを参照
   して再設定し、 当該パラメータにより再度二値階調の画像データを生成
   して、最終的な二値階調の画像データのファイルサイズ
   および濃度を制御することを特徴とする階調変換方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の階調変換方法
   をコンピュータで実行させるための階調変換用プログラ
   ム。