JP2007086907A

JP2007086907A - 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム

Info

Publication number: JP2007086907A
Application number: JP2005272409A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ito; 篤伊藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】少ない演算量で効果的に画像の平滑化を行う。
【解決手段】まず、入力画像の処理単位ウィンドウ内の画素の各々について、その画素の画素値と前記領域内の一の代表画素の画素値との差分量を算出する。次に、前記差分量を変数として、単調減少関数を用いて仮平滑化係数を決定する。仮平滑化係数を正規化して平滑化係数を算出する。前記平滑化係数を用いて前記領域内の全ての画素の画素値に対して畳込み演算を行うことにより、前記各画素の画素値を変更する。処理単位ウィンドウ内を別の画像領域に移して同様の処理を繰り返し、入力画像を構成する全画素について上記平滑化処理および畳み込み演算を行い、画素値を更新する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像処理、特に画像の平滑化に好適な画像処理技術に関する。

画像データに含まれるノイズ及び非可逆圧縮によって発生するノイズを除去することを目的として、あるいは画像の網点や万線パターン等の構造を改善して高画質の画像を得るために、いわゆる平滑化（スムージング）といわれる画像処理技術が種々提案されている。この際重要となるのが、いかに原画像の特徴（エッジ情報等）を損なわずに高画質化を図るかという点である。この点に鑑み、例えば、特許文献１には、原画像データの高周波成分を強調して得られた画像データ（高周波成分データ）に基づいて、原画像データを平滑化する技術が開示されている。また、特許文献２には、画像の局所領域における特徴を調べ、その特徴に応じて局所領域ごとに平滑化の方式を切り替えるという技術が開示されている。
特開２０００−２３２５８４号公報特開２００２−２７１６２８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術においては、平滑化処理の前提として高周波成分データを算出する必要があるため、画像データに対する演算量が膨大となり、処理速度が低下する。また、特許文献２に開示されている技術においては、隣合う局所領域において平滑化方法が異なりうるから、そのような領域の境界付近においては、画像処理後の画像に乱れ（いわゆるトーンギャップなど）が発生しやすい。トーンギャップは視覚的にはディフェクトとして認識されるため、画質の低下に繋がる。更に、特許文献２に開示されている技術においては、局所領域の画像を特徴付ける所定の統計量を計算することになるが、統計量の算出には多くの演算が必要であり、一般的に処理手順も複雑になる。このように、従来の画像処理技術においては、少ない演算量で精度の高い平滑化を行うことができなかった。
本発明は上述した背景に鑑みてなされたものであり、少ない演算量で精度の高い平滑化を行って効果的に画質を改善することができる画像処理技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、画像を入力する画像入力手段と、前記画像の所定領域内の画素の各々について、その画素の画素値と前記領域内を代表する代表画素の画素値との差分量を算出する算出手段と、前記算出手段によって得られた差分量を変数として、単調減少関数を用いて平滑化係数を決定する係数決定手段と、前記平滑化係数を用いて、前記領域内の全ての画素の画素値に対して畳込み演算を行う畳込み演算手段と、前記畳込み演算手段によって得られた画像データを出力する画像出力手段と、を有する画像処理装置を提供する。
本発明によれば、画像データに対して前処理が不要であるため、少ない演算量で効果的に平滑化を行うことができる。また、画像の全領域に対して同一の処理方法が適用されるから、トーンギャップ等の乱れが発生することがなく、高画質の画像が得られる。

好ましい態様において、前記関数は、カットオフ閾値よりも小さい変数領域においては正の値をとる一方、前記カットオフ閾値以上の変数領域においてはゼロとなる。

別の好ましい態様において、前記算出手段は前記各画素値の処理を色要素ごとに行う。

更に別の好ましい態様において、前記画像処理装置は、前記畳込み演算手段にて得られた各画素値に対し所定の方法で高周波成分を強調する処理を行う高周波強調手段を更に具備する。

更に別の好ましい態様において、前記画像処理装置は、入力画像データを構成する各画素に対し強調の程度を示す強調係数を所定の方法で算出することにより前記入力画像に対し高周波成分を強調する高周波強調手段を更に有し、前記畳込み演算手段は、前記所定領域内の各画素に関し、前記係数決定手段にて決定された平滑化係数と前記高周波強調手段にて得られた強調係数とを用いて、畳込み演算処理を行う。

本発明は、他の観点において、入力画像の所定領域内の画素の各々について、その画素の画素値と前記領域内の一の代表画素の画素値との差分量を算出するステップと、前記差分量を変数として、単調減少関数を用いて平滑化係数を決定するステップと、前記平滑化係数を用いて前記領域内の全ての画素の画素値に対して畳込み演算を行うことにより、前記各画素の画素値を変更するステップと、を有する画像処理方法を提供する。

本発明は、さらに他の観点において、コンピュータに、入力画像の所定領域内の画素の各々について、その画素の画素値と前記領域内の一の代表画素の画素値との差分量を算出するステップと、前記差分量を変数として、単調減少関数を用いて平滑化係数を決定するステップと、前記平滑化係数を用いて前記領域内の全ての画素の画素値に対して畳込み演算処理を行うことにより、前記各画素の画素値を変更するステップと、を有するプログラムを提供する。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。図１は本発明の実施例に係る画像処理装置１の機能構成を示す図である。同図に示すように、画像処理装置１は、画像入力部１０、係数算出部２０、畳込み演算部３０、画像出力部４０、およびパラメータ入力部５０から構成される。
画像入力部１０は、用紙等に印刷された画像を読取ってデジタル画像データを取得するスキャナ装置やあるいは外部装置から画像データを受信するインタフェース装置である。係数算出部２０は画像処理プロセッサやＲＡＭ、ＲＯＭ等から構成される機能ユニットであって、入力画像データに対し、平滑化を行うために必要な平滑化係数を算出する。平滑化係数の算出方法については後述する。畳込み演算部３０は、入力画像データに対し、所定の畳込み演算処理（コンボリューション）を行う。画像出力部４０は、畳込み演算部３０にて処理された画像データを外部の装置に出力する出力インタフェースあるいは処理後の画像データを液晶ディスプレイなどに表示する表示装置である。パラメータ入力部５０はキーボードやマウス等の入力手段を備えたユーザインタフェースであって、平滑化係数を算出する際などに必要なパラメータをユーザが入力するためのものである。なお、係数算出部２０、畳込み演算部３０等は、各々独立してプロセッサとして実装されてもよいし、一つのプロセッサ上で実行される各アプリケーションソフトウェアとして実装されてもよい。

以下、図２ないし５を用いて本発明に係る平滑化係数の算出方法について詳説する。図２は、画像処理装置１を用いた画像処理の全体の流れを示す図である。
図２において、画像が入力されると、まず係数算出部２０は処理単位ウインドウの大きさを決定する。具体的には、パラメータ入力部５０を介してユーザによって入力された値を取得する。あるいは、係数算出部２０は、パラメータ入力部５０を介して供給された入力画像特性に関する情報に基づいて、必要に応じてＲＯＭに格納されている情報を参照し、最適な一の処理単位ウインドウのサイズを決定する。勿論、入力画像の特性に関係なく、固定値（例えばあらかじめＲＯＭに格納される）を採用してもよい。処理単位ウインドウとは、画像を構成する複数の画素データのち、一度に平滑化処理を行う画素領域のサイズを規定するものである。

図３に、入力画像データを構成する画素と処理単位ウィンドウの一例とを示す。同図においては、５×５画素（＝２５画素分の領域Ｒ）のサイズの処理単位ウインドウが用いられている。再び図２に戻り、この処理単位ウィンドウに対応する領域Ｒの画素データを処理対象に設定する。例えば、画像データが横１２００画素×縦８００画素の画素データで構成されている場合、まず処理単位ウィンドウを画像全体の左上部分（画素座標（１，１）、（５，１）、（１，５）、（５，５）で囲まれた領域）に設定し、この領域内に包含される縦５画素、横５画素の計２５画素を処理対象とする（以上、ステップＳ１００）。

続いて、処理対象に選択された領域を代表する画素（代表画素という）を、当該領域Ｒ内の画素から一つ選択する。例えば、図３に示すように、領域の中心（すなわち画素座標（３，３））にある画素を選択する。そして代表画素の画素値（Vi）と領域内にある周辺の各画素（ただし自分自身も含める）の画素値（Vj；ｊ＝１、２、・・・２５）の絶対値（以下、差分量Djという）を各々算出する（ステップＳ１０２）。すなわち、Dj＝ABS（Vi-Vj）である。ここでABS（X）はXの絶対値を表す。なお、画素値とは、たとえばその画素の輝度、明度あるいは彩度といった量である。

図２に戻り、続いて、算出した差分量Djを所定の関数（特性関数という）の変数に代入して、領域Ｒ内の全ての画素に対して仮平滑化係数Ｃj（j＝１、２、・・・２５）を決定する（ステップＳ１０４）。具体的には、例えば図４に示すような単調減数関数を用いることができる。この特性関数は同図に示す線形関数に限らず、例えば単調減少関数Ｃj＝−a×Vj^２+b（aおよびbは定数）であってもよい。あるいは、Ｃj＝d×exp{−Vj^２}（dは定数）のような指数単調減少関数であってもよい。

また、特性関数は、図５に示すようなカットオフ閾値Ｔを持つような減少関数であってもよい。すなわち、画素値の差分量Djが一定値（すなわちカットオフ閾値Ｔ）以上である場合は、この領域Ｒがエッジ部分である可能性が高いと推定されるため、平滑化係数をゼロ（すなわち平滑化に寄与させない）とするのである。このカットオフ閾値Ｔの選択方法は任意であるが、例えばユーザに入力されるようにしてもよいし、入力画像の特性やユーザの所望する処理速度等に応じて決定してもよい。

続いて、算出した仮平滑化係数Ｃj（j＝１、２、・・・２５）をその総和が１となるように正規化する（ステップＳ１０６）。すなわち、得られた値を平滑化係数Ｃ’j（j＝１、２、・・・２５）とすれば、Ｃ’j＝Ｃj／ΣＣjとなる。

続いて、畳込み演算部３０は、算出した平滑化係数Ｃ’jを用いて、領域Ｒ内の全ての画像に対し所定のコンボリューション処理を行う（ステップＳ１０８）。具体的には、出力される画素値V’iは以下の数式に従って算出される。

以上で、領域Ｒ内の計２５画素について処理が完了した。続いて、処理単位ウィンドウを、次の領域（例えば領域Ｒの左隣の領域（すなわち画素座標（１、２）、（５、２）、（１、６）および（５、６）で囲まれた領域）に移し、当該内の２５画素に対し、ステップＳ１０２からＳ１０８までの処理を行う。以後、この処理を繰り返して行い、入力画像を構成する全ての画素について処理が行われると、入力画像に対する処理が終了する（図示略）。

本発明によれば、入力画像に対し、所定の領域内の画素の画素値の差分量と特性関数とに基づいて平滑化係数を決定し、この平滑化係数に基づいて出力画像を生成するので、演算量を大幅に減少することができる。また、特性関数として単調減少関数を用いているため、エッジ部分などに相当する画素値の差が大きい近隣の画素に対しては平滑化の寄与が少なくなるため、エッジ情報や輪郭情報を保存しつつ平滑化が行われる。また、画像領域ごとに処理方法（アルゴリズム）を変更する必要もないため、出力画像にトーンギャップ等が発生する虞もない。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、適宜変形を施すことが可能である。上述した実施例において、画素の画素値を色要素（例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色）ごとに算出し、各色要素ごとに上述した平滑化係数の算出および畳み込み演算を行ってもよい。また、特性関数を予め何種類か記憶しておき、ユーザに指示によって、あるいは入力画像の特性等の判定結果に基づいて、使用する特性関数を決定してもよい。同様に、特性関数のパラメータを適宜変更してもよい。

本発明の平滑化方法は、限定色化処理、裏写り除去処理、あるいは高周波強調などの鮮鋭化処理の前処理として特に有効である。本発明に係る平滑化処理を行ってから限定色化処理を行えば、ノイズや網点情報が除去された画像に対して限定色処理が施されるから、代表色を抽出精度が向上する。この結果、高画質なインデックスカラーを取得することが出来、さらに画像圧縮処理をする場合には圧縮率が向上する。同様に、本発明に係る平滑化処理を行ってから裏写り除去処理を行う場合においては、裏写りしていない状態の色を推定するにあたって推定精度を高めることが出来る。また、本発明に係る平滑化処理を行ってから高周波強調などの鮮鋭化処理を行う場合においては、ノイズや網点情報が強調されてしまうといった虞がない。

図６に本発明の変形例に係る画像処理装置２の機能構成を示す。画像処理装置２においては、高周波強調処理部６０を設けた点が画像処理装置１と異なる。高周波強調部６０は微分フィルタ等から構成される機能ユニットであって、入力画像や畳込み演算処理がなされた画像データに対し、所定のアルゴリズムにしたがって高周波成分を抽出する。高周波強調部６０は畳み込み演算部３０から出力された画像データに対し高周波成分を強調する処理を行う。また、入力画像データを係数算出部２０と高周波強調部６０とに出力してもよい。この場合、例えば、係数算出部２０において平滑化係数を決定するとともに、高周波強調部６０において強調度合いを表す強調係数を算出し、畳み込み演算部３０において平滑化係数と強調係数とを用いて出力画素値を決定してもよい。

本発明の一実施例に係る画像処理装置１の機能構成を示す図である。画像処理装置１の動作を示す図である。画像データの平滑化係数を決定する処理を説明するための図である。平滑化係数決定処理の際に用いる特性関数を示した図である。平滑化係数決定処理の際に用いる特性関数を示した図である。本発明の一変形例に係る画像処理装置２の機能構成を示す図である。

符号の説明

１、２・・・画像処理装置、１０・・・画像入力部、２０・・・係数算出部、３０・・・畳込み演算部、４０・・・画像出力部、５０・・・パラメータ入力部、６０・・・高周波強調処理部。

Claims

画像を入力する画像入力手段と、
前記画像の所定領域内の画素の各々について、その画素の画素値と前記領域内を代表する代表画素の画素値との差分量を算出する算出手段と、
前記算出手段によって得られた差分量を変数として、単調減少関数を用いて平滑化係数を決定する係数決定手段と、
前記平滑化係数を用いて、前記領域内の全ての画素の画素値に対して畳込み演算を行う畳込み演算手段と、
前記畳込み演算手段によって得られた画像データを出力する画像出力手段と、
を有する画像処理装置。
前記関数は、カットオフ閾値よりも小さい変数領域においては正の値をとる一方、前記カットオフ閾値以上の変数領域においてはゼロとなる
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
前記算出手段は、前記各画素値の処理を色要素ごとに行う
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
前記所定領域を指定する領域指定手段
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
前記畳込み演算手段にて得られた各画素値に対し所定の方法で高周波成分を強調する処理を行う高周波強調手段を更に具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
入力画像データを構成する各画素に対し強調の程度を示す強調係数を所定の方法で算出することにより、入力画像に対し高周波成分を強調する高周波強調手段を更に有し、
前記畳込み演算手段は、前記所定領域内の各画素に関し、前記係数決定手段にて決定された平滑化係数と前記高周波強調手段にて得られた強調係数とを用いて、畳込み演算処理を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
入力画像の所定領域内の画素の各々について、その画素の画素値と前記領域内の一の代表画素の画素値との差分量を算出するステップと、
前記差分量を変数として、単調減少関数を用いて平滑化係数を決定するステップと、
前記平滑化係数を用いて前記領域内の全ての画素の画素値に対して畳込み演算を行うことにより、前記各画素の画素値を変更するステップと、
を有する画像処理方法。
コンピュータに、
入力画像の所定領域内の画素の各々について、その画素の画素値と前記領域内の一の代表画素の画素値との差分量を算出するステップと、
前記差分量を変数として、単調減少関数を用いて平滑化係数を決定するステップと、
前記平滑化係数を用いて前記領域内の全ての画素の画素値に対して畳込み演算処理を行うことにより、前記各画素の画素値を変更するステップと、
を実行させるプログラム。