JP2004254158A

JP2004254158A - 画像処理装置

Info

Publication number: JP2004254158A
Application number: JP2003043705A
Authority: JP
Inventors: Toru Chiba; 亨千葉
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】画質向上のためのフィルタリング効果を十分に得ることができる画像処理装置の提供を目的とする。
【解決手段】画像処理装置２０は、スキャナー１０から出力されるカラー画像信号を共通の平滑化フィルターにより平滑化する第１の平滑化回路２１と、平滑化されたカラー画像信号を明度信号と色度信号とに分離する分離回路２２と、分離された明度信号を基準にして濃度変化の有無及びその急峻度を所定の領域毎に判定する判定回路２３と、当該領域内の濃度変化がノイズであると判断される場合に平滑化する第２の平滑化回路２４と、当該領域内の濃度変化がエッジであると判断される場合にエッジを強調するエッジ強調回路２５と、第２の平滑化回路２４、エッジ強調回路２５、あるいは分離回路２２から出力された明度信号を対応する色度信号と合成してカラー再現信号を出力する合成回路２６とを含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタルカメラやスキャナーにより取り込まれたカラー画像をフィルタ処理して画質を向上させる画像処理装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、カラー複写機等に設けられた画像処理装置は、スキャナ等の画像入力部から入力される反射率に対してリニアなＲＧＢ（赤・緑・青の原色系）の画像信号を、プリンタ等の画像出力部における濃度に対してリニアなＣＭＹ（シアン・マゼンタ・イエローの補色系）に変換して出力する。
【０００３】
特許文献１には、平滑化処理したＲＧＢ信号から色相、彩度信号を生成し、未処理のＲＧＢ信号から明度信号を生成した後、両者を合成することにより画質を向上させる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１４７２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の処理手順では、明度信号に対して平滑化処理がなされないため、出力画像の画質向上のためのフィルタリング効果、具体的には、（１）画像の解像度と階調性を両立するための処理効果、（２）印刷原稿のモアレ抑制のための処理効果等を十分に得ることができないという問題がある。
【０００６】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、画質向上のためのフィルタリング効果を十分に得ることができる画像処理装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像処理装置は、上記の目的を達成させるため、入力された１枚の画像に対応するカラー画像信号を共通の平滑化フィルターにより平滑化する第１の平滑化手段と、平滑化されたカラー画像信号を明度信号と色度信号とに分離する分離手段と、分離された明度信号を基準にして濃度変化の有無及び濃度変化の急峻度を画像内の所定の領域毎に判定する判定手段と、当該領域内の濃度変化がノイズであると判断される場合に、ノイズの状態に応じて複数の平滑化フィルターから適切なフィルターを選択して明度信号を処理する第２の平滑化手段と、当該領域内の濃度変化がエッジであると判断される場合に、エッジの状態に応じて複数のエッジ強調フィルターから適切なフィルターを選択して明度信号を処理するエッジ強調手段と、エッジ強調手段、第２の平滑化手段、あるいは分離手段から出力された明度信号を対応する色度信号と合成してカラー再現信号を出力する合成手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、明度信号に基づいてエッジの判定、強調が行われるため、人間の眼で見たときの強調効果が高い。また、領域毎に濃度変化の急峻度に応じてエッジ強調、平滑化の度合いを変更できるため、画像全体に同一のフィルタリング処理を施す場合と比較すると、適切なフィルタリング処理が可能となる。
【０００９】
なお、判定手段は、微分フィルターを用いて濃度変化を検出することにより、急峻度を判定することができる。また、判定手段は、微分フィルターの出力を複数の閾値と比較することにより、領域内の濃度変化がエッジであるか、ノイズであるかを判断すると共に、適用すべきフィルターを選択することができる。さらに、判定手段は、画像の種類に応じて前記閾値を変更するようにしてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる画像処理装置をカラー複写機に適用した場合の実施形態を説明する。
図１は、実施形態にかかるカラー複写機の概略構成を示すブロック図である。カラー複写機１は、カラー原稿を読み取るスキャナー１０と、スキャナー１０から入力されるカラー画像信号をフィルタ処理して画質を向上させる画像処理装置２０と、画像処理装置２０から出力されるカラー再現信号によりカラー画像を用紙に印刷するプリンタ３０とから構成されている。
【００１１】
スキャナー１０は、公知のカラースキャナーであり、カラー原稿を照明しながら走査し、原稿からの反射光をダイクロイックフィルター等の色分解光学系を用いてＲ，Ｇ，Ｂの三原色に分解し、それぞれの色用のライン状のＣＣＤイメージセンサーにより逐次読み取るものである。あるいは、色分解光学系を設けずにＣＣＤカラーイメージセンサーを利用してもよい。
【００１２】
画像処理装置２０は、スキャナー１０から出力される原色系のＲ，Ｇ，Ｂのカラー画像信号を画像全体にわたって共通の平滑化フィルターにより平滑化する第１の平滑化回路２１と、平滑化されたカラー画像信号をＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間の明度信号Ｌと色度信号ａ＊，ｂ＊とに分離する分離回路２２と、分離された明度信号Ｌを基準にして濃度変化の有無及び濃度変化の急峻度を画像内の所定の領域毎に判定する判定回路２３と、判定された濃度変化の急峻度に応じて、当該領域内の濃度変化がノイズであると判断される場合に平滑化する第２の平滑化回路２４と、当該領域内の濃度変化がエッジであると判断される場合にエッジを強調するエッジ強調回路２５と、第２の平滑化回路２４、エッジ強調回路２５、あるいは分離回路２２から出力された明度信号を対応する色度信号と合成してカラー再現信号を出力する合成回路２６とを含む。
【００１３】
第１の平滑化回路２１は、例えば図２（Ａ）に示す３×３の平滑化フィルター（平均値フィルター）を利用してＲ，Ｇ，Ｂの各濃度信号を平滑化する。図２（Ａ）に示すマトリックスの１つの四角形はカラー画像信号の単一の画素に対応しており、四角形内の数値は、重み付けに用いられるオペレータ（加重マトリックス）を示している。一般に、カラー画像信号のある画素について３×３の平滑化フィルターにより平滑化する場合、その画素を注目画素とし、その周囲の８つの画素を含むマトリックスがカラー画像信号から抽出され、図２（Ｂ）に示すように、注目画素の濃度をｅ、その周囲の８つの画素の濃度をａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉとして、各濃度と対応するオペレータとの積を求め、その総和に平滑化フィルターの係数をかけた値が注目画素の平滑化された新しい濃度値とされる。図２（Ａ）に示す平滑化フィルターを適用した場合、注目画素の新しい濃度値ｅ’は、以下の通りとなる。
ｅ’＝１／１０×（ａ×１＋ｂ×１＋ｃ×１＋ｄ×１＋ｅ×２＋ｆ×１＋ｇ×１＋ｈ×１＋ｉ×１）
【００１４】
第１の平滑化回路２１は、画像の全体に対して上記のような共通の平滑化フィルターを適用し、カラー画像信号から不規則なノイズを除去する。平滑化されたカラー画像信号は、分離回路２２により明度信号Ｌと色度信号ａ＊，ｂ＊に分離され、明度信号が判定回路２３に入力される。
【００１５】
判定回路２３は、微分フィルターを用いて濃度変化を検出することにより、急峻度を判定する。検出に用いられる微分フィルターは、例えば図３（Ａ）に示すような３×３のマトリックス、あるいは図３（Ｂ）に示すような５×５のマトリックスで表現される。マトリックスが大きい方が広い領域内のエッジを検出することができる。これらのフィルターは、必要に応じていずれかが用いられる。また、これらに代えて公知の４近傍ラブラシアンフィルターを用いてもよい。さらに、縦方向、あるいは横方向の線を検出したい場合には、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルター、Ｓｏｂｅｌフィルター等を用いればよい。
【００１６】
また、判定回路２３は、微分フィルターの出力Ｖと所定の閾値とを比較することにより、注目画素がノイズなのか、エッジなのか、そのいずれでもないのかを判定する。また、第２の平滑化回路２４及びエッジ強調回路２５は、それぞれノイズやエッジの状態に応じてそれぞれ３種類のフィルターから適切なフィルターを選択して適用する。図４は、第２の平滑化回路２４に備えられた３種類の平滑化フィルターを示し、それぞれを平滑化フィルターＡ，Ｂ，Ｃとする。Ａ，Ｂ，Ｃの順に平滑化の度合いが強くなる。また、図５は、エッジ強調回路２５に備えられた３種類のエッジ強調フィルターを示し、それぞれをエッジ強調フィルターＡ，Ｂ，Ｃとする。Ａ，Ｂ，Ｃの順にエッジ強調の度合いが強くなる。
【００１７】
判定回路２３は、これらのフィルターの何れを適用するかを判断するため、ノイズの状態、エッジの状態をさらに細かく判別する必要がある。このため、判定回路２３には、６つの閾値ＳＨ１〜ＳＨ６が設定されている。なお、判定基準となる閾値は、画像の種類によって異ならせることが望ましい。例えば、入力画像として写真を読み取る場合、画像の種類が風景や建築物等であるときには閾値を低めに設定して強いエッジ強調をかけ、画像の種類が人物のポートレート等であるときには閾値を高めに設定してエッジ強調を弱めにする。これは、一般に風景や建築物等の細かい描写が要求される画像についてはメリハリの利いた画像が好まれるのに対し、人物のポートレート等の場合にはよりソフトな画像が好まれるからである。これらの設定については後述する。
【００１８】
検出されたエッジの急峻度に応じて、第２の平滑化回路２４、あるいはエッジ強調回路２５において処理された明度信号、あるいは分離回路２２から出力されて判定回路２３を通った未処理の明度信号は、合成回路２６において分離回路２３で分離された色度信号と合成され、合成回路２６からはカラー再現信号が出力される。このカラー再現信号に基づいて、プリンタ３０が駆動され、明度信号に関して必要な画像処理が施された画像信号に基づいてカラー画像が用紙上に印刷される。
【００１９】
次に、実施形態のカラー複写機の画像処理の作用を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
ステップＳ００１でスキャナー１０から１画面分の画像データがＲＧＢ信号として入力されると、ステップＳ００２〜Ｓ００４で画像の種類に応じて閾値が設定される。なお、画像の種類は、操作者が図示せぬ操作スイッチ等を用いて手動で設定する。画像の種類が人物のポートレート等（第１種の画像）である場合には、閾値ＳＨ１〜ＳＨ５は以下の表１の中央の列で示すように設定される。一方、画像の種類が風景や建築物等（第２種の画像）である場合には、閾値ＳＨ１〜ＳＨ６は以下の表１の右側の列で示すように設定される。
【００２０】
【表１】

【００２１】
続いてステップＳ００５では、第１の平滑化回路２１により、入力された画像データ全体を均一に平滑化し、ステップＳ００６では分離回路２２が平滑化した画像信号を明度信号と色度信号とに分離する。
【００２２】
続くステップＳ００７〜Ｓ０２５では、画素単位で画像の明度の濃度変化を検出し、必要に応じて明度信号に平滑化、エッジ強調が施される。最初にステップＳ００７で３×３の領域の明度信号を取り込み、全領域が終了していれば処理を終了し（Ｓ００８，Ｙｅｓ）、それ以外の場合（Ｓ００８，Ｎｏ）は微分フィルターを適用する（Ｓ００９）。ステップＳ０１０では、微分フィルターを適用して演算された注目画素の明度値をＶに代入する。ここでは、例えば明度信号が８ビット、２５６階調で表現され、これを図３（Ａ）に示した３×３の微分フィルターにより処理した出力をＶとする。以下、この明度値Ｖを上記のようにして設定された閾値と比較する。
【００２３】
微分フィルターの出力Ｖが０以下である場合には（Ｓ０１１，Ｎｏ）、フィルタ処理は行わずにステップＳ０２５に進み、合成回路２６で明度信号と色度信号とを合成してカラー再現信号を得る。
【００２４】
微分フィルターの出力Ｖが０＜Ｖ＜ＳＨ３の場合には、濃度の変化はノイズであると判断されて平滑化フィルターが適用される。具体的には、０＜Ｖ＜ＳＨ１の場合（Ｓ０１２，Ｙｅｓ）には、平滑化フィルターＣが適用され（Ｓ０１３）、ＳＨ１≦Ｖ＜ＳＨ２の場合（Ｓ０１４，Ｙｅｓ）には平滑化フィルターＢが適用され（Ｓ０１５）、ＳＨ２≦Ｖ＜ＳＨ３の場合（Ｓ０１６，Ｙｅｓ）には平滑化フィルターＣが適用される（Ｓ０１７）。
【００２５】
ＳＨ３≦Ｖ＜ＳＨ４の場合（Ｓ０１８，Ｙｅｓ）には、ノイズであるともエッジであるとも判断ができないため、フィルタ処理は行わずにステップＳ０２５に進む。一方、微分フィルターの出力Ｖが閾値ＳＨ４以上の場合（Ｓ０１８，Ｎｏ）にはエッジと判断される。ＳＨ４≦Ｖ＜ＳＨ５の場合（Ｓ０１９，Ｙｅｓ）にはエッジ強調フィルターＡが適用される（Ｓ０２０）。出力Ｖが閾値ＳＨ５以上の場合（Ｓ０１９，Ｎｏ）には、画像の種類によって処理が分かれる。第１種の画像の場合（Ｓ０２１，第１種）には、出力Ｖが閾値ＳＨ５以上であると何れのフィルターも適用しない。第２種の画像であると（Ｓ０２１，第２種）、ＳＨ５≦Ｖ＜ＳＨ６の場合（Ｓ０２２，Ｙｅｓ）にはエッジ強調フィルターＢが適用され（Ｓ０２４）、ＳＨ６≦Ｖの場合（Ｓ０２２，Ｎｏ）にはエッジ強調フィルターＣが適用される（Ｓ０２３）。
【００２６】
なお、上記のように同一名の閾値を用いて適用するフィルターを選択しているが、閾値の数値が画像の種類によって異なるため、同一値の出力Ｖに対しても画像の種類が異なると適用されるフィルターが異なる場合がある。例えば、出力Ｖが１５であるとき、これが第１種の画像であれば平滑化フィルターＣが適用されるが、第２種の画像であれば平滑化フィルターＢが適用される。
【００２７】
フィルターが適用される場合、されない場合のいずれにおいても、ステップＳ０２５において明度信号と色度信号が合成回路２６において合成される。フィルターが適用されない場合には、分離回路２２から出力された明度信号がそのまま合成回路２６に入力されて色度信号と合成される。平滑化フィルターが適用される場合には、第２平滑化回路２４で平滑化された明度信号が合成回路２６で色度信号と合成される。エッジ強調フィルターが適用される場合には、エッジ強調回路２５で強調された明度信号が合成回路２６で色度信号と合成される。
【００２８】
合成回路２６から出力されるカラー再現信号に基づいて、プリンタ３０が駆動され、明度信号に関して必要な画像処理が施された画像信号に基づいてカラー画像が用紙上に印刷される。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像処理装置によれば、全体の画像信号に対して平滑化処理の後に、ノイズに対しては平滑化処理により歪みを除去し、エッジに対してはエッジ強調処理を施すことにより、出力画像の画質向上のための十分なフィルタリング効果が得られ、画像の解像度と階調性を両立した出力信号、すなわち、鮮鋭で歪みのない画像が得られる。
【００３０】
また、明度信号に基づいてエッジの判定、強調が行われるため、再現された画像を人間の眼で見たときの強調効果が高い。さらに、領域毎に濃度変化の急峻度に応じてエッジ強調、平滑化の度合いを変更できるため、画像全体に同一のフィルタリング処理を施す場合と比較すると、適切なフィルタリング処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるカラー複写機の信号処理系の概略を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は平滑化フィルターの一例を示すマトリックス図、（Ｂ）は（Ａ）の平滑化フィルターに対応した画像信号のマトリックス図である。
【図３】（Ａ）は３×３の微分フィルター、（Ｂ）は５×５の微分フィルターの一例を示すマトリックス図である。
【図４】第２の平滑化回路に備えられた３つの平滑化フィルターのマトリックス図である。
【図５】エッジ強調回路に備えられた３つのエッジ強調フィルターのマトリックス図である。
【図６】実施形態のカラー複写機の画像処理の作用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１カラー複写機
１０スキャナー
２０画像処理装置
２１第１平滑化回路
２２分離回路
２３判定回路
２４第２平滑化回路
２５エッジ強調回路
２６合成回路
３０プリンタ

Claims

入力されたカラー画像信号をフィルタ処理して画質を向上させる画像処理装置において、
１枚の画像に対応するカラー画像信号を共通の平滑化フィルターにより平滑化する第１の平滑化手段と、
平滑化されたカラー画像信号を明度信号と色度信号とに分離する分離手段と、
分離された明度信号を基準にして濃度変化の有無及び濃度変化の急峻度を前記画像内の所定の領域毎に判定する判定手段と、
当該領域内の濃度変化がノイズであると判断される場合に、当該ノイズの状態に応じて複数の平滑化フィルターから適切なフィルターを選択して前記明度信号を処理する第２の平滑化手段と、
当該領域内の濃度変化がエッジであると判断される場合に、当該エッジの状態に応じて複数のエッジ強調フィルターから適切なフィルターを選択して前記明度信号を処理するエッジ強調手段と、
前記エッジ強調手段、前記第２の平滑化手段、あるいは前記分離手段から出力される明度信号を対応する前記色度信号と合成してカラー再現信号を出力する合成手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
前記判定手段は、微分フィルターを用いて濃度変化を検出することにより、前記急峻度を判定することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
前記判定手段は、前記微分フィルターの出力を複数の閾値と比較することにより、前記領域内の濃度変化がエッジであるか、ノイズであるかを判断すると共に、適用すべきフィルターを選択することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
前記判定手段は、画像の種類に応じて前記閾値を変更することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。