JP2010200382A - 画像処理システムにおけるコンピュータ及び画像処理方法、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】画像読取装置とＰＣを接続したシステムにおいて、その画像処理を主に読取装置側で行うと装置内にＲＡＭが必要となるためコスト高となり、主にＰＣ側で行うと、ディスプレイガンマを考慮した入出力共に８ビットによるガンマ変換に起因して、特にダーク部において階調飛びが発生する。
【解決手段】画像読取装置３０内に、読み取った画像信号を８ビット階調に変換すると同時にガンマ補正を施すＬＵＴ３３ａを有し、コンピュータ３８内に、画像読取装置３０から受信した８ビット階調の画像信号を１６ビットに変換する同時にガンマ補正を施すＬＵＴ３３ｂと、該補正後の画像信号を再度８ビットに変換すると同時に出力用のガンマ補正を施すＬＵＴ３３ｃを有する。ＬＵＴ３３ａとＬＵＴ３３ｃにおけるガンマ値は等しく、ＬＵＴ３３ｂにおけるガンマ値はその逆数とする。
【選択図】図１

Description

本発明は画像処理システム及びその制御方法に関し、特に画像読取装置で読み取った画像データをホストコンピュータに転送する画像処理システムにおけるコンピュータ及び画像処理方法、並びにプログラムに関する。

図４に、従来の画像読取装置の構成例を示す。同図において、１０８は画像読取装置、１０５はホストコンピュータ（以下、ＰＣ）、１０７は画像読み取り装置１０８で読み取った画像を表示するディスプレイである。

画像読取装置１０８において、１０１は調光制御可能な光源、１０２は原稿を反射、及び透過した光を結像するためのレンズ、１０３は結像した光を電気信号に変換する光電変換素子（以下、ＣＣＤ）である。ＣＣＤ１０３としては一般に、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色のフィルムを各々に塗布された３ラインのＣＣＤラインセンサが用いられる。１０４は画像信号を処理をする画像処理回路、１０６は画像読取装置全体の動作を制御するためのＣＰＵを表す。

図４に示す構成における画像読取動作について説明する。光源１０１から発せられた光は原稿を反射あるいは透過して、レンズ１０２で結像されてＣＣＤ１０３で電気信号に変換される。この信号は画像読取装置１０８内の画像処理回路１０４と、ＰＣ１０５において画像処理が施された後、ディスプレイ１０７に表示される。

図５に、画像処理回路１０４の詳細構成例を示す。同図において、１はＣＣＤ、２は光電変換されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、３はＲＧＢ各色が混同して送られてきた信号を各色ごとに分けるためのラインオフセット、８ａはラインオフセット３用のメモリであるＲＡＭ、４は３原色信号から輝度信号および色差信号を形成するためのマトリックス回路、５はＲＧＢ信号をモニタ表示に合わせて指数変換（以下「ガンマ補正」という）するためのガンマ補正回路を有するルックアップテーブル（以下「ＬＵＴ」という）、８ｂはＬＵＴ５用のメモリであるＲＡＭ、６は外部に出力するためのインターフェース回路（以下「Ｉ／Ｆ」という）、８ｃはＩ／Ｆ６用のメモリであるＲＡＭを示す。

画像読取装置１０８から出力される画像データは、画像読取装置１０８とＰＣ１０５との間のケーブルの転送速度の制限や、ＰＣ１０５の処理能力の制限等によって、そのサイズが大きすぎると処理速度の大幅な低下の原因となりうる。また、ディスプレイ１０７で表示できる階調が通常８ビットまでであることを考慮して、画像読取装置１０８からＰＣ１０５へは８ビット階調の画像データを送信している。ＣＣＤ１０３から送られたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ２でデジタル信号に変換される段階で、通常１２〜１６ビットの階調に変換される。そして更にＬＵＴ５において８ビットに変換された後、ＰＣ１０５へと送られる。

以上、画像読取装置１０８内の画像処理回路１０４における画像処理について説明したが、この処理の多くをＰＣ１０５側において行うこともできる。この場合の構成例を図６に示す。すなわち、システムにおける画像処理を、主に画像読取装置１０８側において行う場合の構成例が図５であり、主にＰＣ１０５側において行う場合の構成例が図６である。

図６において、ＣＣＤ１０３で読み取られたアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ２２でデジタル信号に変換し、Ｉ／Ｆ２３を介してＰＣ１０５に送信する。ＰＣ１０５の内部では、ラインオフセット２４、マトリックス回路２５を介して、ＬＵＴ２６でガンマ補正が施される。このガンマ補正後の画像信号がディスプレイ１０７に表示される。

図６に示す構成においては、ＣＣＤ１０３で読み取られた画像信号はＡ／Ｄコンバータ２２で通常８ビットデータに変換される。該８ビットデータがＩ／Ｆ２３を介してＰＣ１０５に送られ、ＰＣ１０５内ではＬＵＴ２６まで全て８ビットによる処理が行われる。

しかしながら、上述した図５に示す構成においては、画像読取装置１０８内にＲＡＭを３個備える必要があり、コストアップの要因となるという問題がある。また、安価なＡＳＩＣを用いた場合、読取装置１０８内にマトリックス機能を備えなくなる場合がある。

一方、上述した図６に示す構成においては、画像読取装置１０８に搭載すべきＲＡＭは１個で良いため、図５に示す構成と比べてコストを低く抑えることができる。しかしながら該構成においては、以下に説明する階調飛びの問題が発生する。

ラインオフセット以降の処理を全てＰＣ１０５内で行う際に、ＬＵＴ２６はディスプレイ１０７のガンマ特性に合わせて、画像読取装置１０８からの出力データに逆ガンマ変換を施しておく必要がある。ここで例えば、ＰＣ１０５がＯＳとしてWindows（登録商標）を用いる場合、標準ではγ＝1／2.2のガンマカーブをかける。以降の説明においては、ＰＣ１０５のＯＳをＷｉｎｄｏｗｓ(登録商標）として、γ＝1／2.2とする。

図７に、８ビット画像に対してγ＝1／2.2とした際の、ダーク部（0〜80/256）に対するガンマ処理結果を示す。上段のｎで示す入力レベル（8,12,16ビット）に対して、８ビットの出力レベルを表す。

図６に示す構成においては、ＬＵＴ２６の入出力は共に８ビットであるため、図７に示す（１）の場合に相当する。従って、１/2.2のガンマをかける際の入力レベルをｎとすると、256×(n/256)1/2.2の演算によって出力レベルが得られる。例えば、レベル１の入力信号に対して1/2.2のガンマをかけると、出力レベルは２１になってしまう。すなわち、０〜２０の出力レベルが発生しないことになってしまう。同様に、レベル２の入力信号に対しては、出力レベルは２８になる。このように、入出力８ビットの画像データに対して１/2.2のガンマをかけると、特にダークレベル周辺において、図８のヒストグラム例に示すような階調飛びが発生するという問題がある。

尚、図５に示す構成においては、ＬＵＴ５への入力は１２〜１６ビット、出力は８ビットであるため、図７に示す（２）または（３）の場合に相当する。従ってこの場合、上記図６のＬＵＴ２６における（１）の場合に比べて、比較的階調飛びが起こりにくいものの、上述したようにＲＡＭを３個備える必要があり、コスト高となる。

また、図６に示す構成において画像読取装置１０８からＰＣ１０５へ画像信号を送信する際に、８ビットでなく１２〜１６ビットで送れば階調飛びが発生しにくいが、転送時間が数倍にもなってしまうため、現実的とは言えない。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、処理速度を落とすことなく出力画像の階調落ちを抑制する画像処理システムにおけるコンピュータ及び画像処理方法並びにプログラムを安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するための一手段として、本発明のコンピュータは以下の構成を備える。

本発明に係るコンピュータは、画像を読み取って画像データを生成し、前記画像データに対して１より小さいガンマ係数を用いたガンマ補正を行い、該画像データより低いビット数の画像データに階調変換し、前記階調変換された画像データを生成する画像読取装置から転送された画像データを処理するコンピュータであって、
前記画像読取装置から転送された画像データに対して、前記画像読取装置のガンマ補正で用いるガンマ係数の逆数を用いたガンマ補正を行い、該転送された画像データより高いビット数の画像データに階調変換する変換手段と、
前記変換手段によって階調変換された画像データに対して、該変換された画像データより低いビット数の画像データに階調変換するとともに、ガンマ補正を施すガンマ補正手段と、
前記ガンマ補正手段によってガンマ補正された画像データを、前記コンピュータに接続されたディスプレイへ表示させる表示制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、処理速度を落とすことなく出力画像の階調落ちを抑制する画像処理システムを安価に提供することができる。

本発明に係る一実施形態における画像処理システムの構成を示すブロック図である。 ガンマリニアによる階調変換の様子を示すグラフである。 ガンマリニアでない階調変換の様子を示すグラフである。 逆ガンマによる階調変換の様子を示すグラフである。 本実施形態の画像読取装置をコンピュータシステムによって構成した例を示す図である。 従来の画像読取装置の構成を示すブロック図である。 従来の画像処理を主に画像読取装置側で行う際の構成例を示すブロック図である。 従来の画像処理を主にＰＣ側で行う際の構成例を示すブロック図である。 ガンマ補正による階調変換の際の入出力データを示す表である。 階調落ちが発生した画像のヒストグラム分布例を示す図である。

以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る画像処理システムの構成を示すブロック図である。同図において、３０は画像読取装置、３８はホストとなるＰＣ、３９は画像読取装置３０で読み取った画像を表示するディスプレイである。

画像読取装置３０内において、３１は結像した光を電気信号に変換するＣＣＤ、３２は光電変換されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、３３ａはガンマ補正用のＬＵＴ、３４はＰＣ出力用のインタフェース回路（Ｉ／Ｆ）である。また、３７ａはＬＵＴ３３ａ用のメモリとなるＲＡＭ、３７ｂはＩ／Ｆ３４用のメモリとなるＲＡＭである。

ＰＣ３８内において、３３ｂ,ｃはガンマ補正用のＬＵＴ、３５はＲＧＢ各色が混同して送られてきた信号を分離するためのラインオフセット、３６は３原色信号から輝度信号および色差信号を形成するためのマトリックス回路である。

以下、本実施形態における画像処理の手順について説明する。

図１に示す構成において、ＣＣＤ３１で読み取られた電気信号はＡ／Ｄコンバータ３２に送られて、１２〜１６ビットのデジタル信号に変換される。本実施形態においては便宜上、１６ビット信号に変換されるとする。

そして、該１６ビット信号をＰＣ３８に転送するために、ＬＵＴ３３ａで１６ビット→８ビットへの階調変換をおこなうが、その際にリニアな変換を行うのではなく、ガンマＡをかけた変換を行う。ガンマ変換後の画像データは、Ｉ／Ｆ３４を介してＰＣ３８に転送される。

ＰＣ３８側においては、転送されてきた８ビット信号に対して、ＬＵＴ３３ｂで８ビット→１６ビットの階調変換を行って１６ビットデータに戻す。この階調変換の際に、画像読取装置３０側のＬＵＴ３３ａでかけたガンマＡの逆数である、１/Ａのガンマをかける。

そしてラインオフセット３５でＲＧＢの各色信号に分離し、マトリックス回路３６でマトリックス変換を行い、ＬＵＴ３３ｃでディスプレイ３９の表示特性に合わせた例えば１／2.2のガンマをかけつつ、１６ビット→８ビットに階調変換を行う。以上のようにして生成された８ビット信号が、ディスプレイ３９に送出されて表示される。

以上のように、本実施形態において画像読取装置３０で読み取られた画像信号は８ビット階調でＰＣ３８に転送されるが、その後、ＬＵＴ３３ｂで再び１６ビット階調に変換される。これは、ＰＣ３８に転送された画像信号は、ＬＵＴ３３ｃでディスプレイ３９に合わせたガンマ補正を行うことによって、最終的に８ビット信号に変換されるが、この際に、上述した従来例で示したような８ビット→８ビット変換による階調落ちの発生が回避できるように、１６ビットに変換して１６ビット→８ビット変換を行うためである。

画像読取装置３０内のＬＵＴ３３ａにおいては、１６ビット→８ビット変換を行う際に１以下であるガンマＡをかけることによって、リニアで階調変換を行う場合に比べて、８ビット階調のダーク部に多くの階調を持たせる。これにより、ダーク部においてディテールの細かい画像が得られる。

以下、図２Ａ〜Ｃを参照して、本実施形態におけるガンマ変換の特徴について説明する。

図２Ａは、ガンマリニア（ガンマ＝１）で１６ビット→８ビット変換を行った場合の例、すなわち、一般的な階調変換例を示す。同図によれば、入力レベル０〜２５５において出力レベルがすべて０に、入力レベル２５６〜５１１においては出力レベルがすべて１に、…というように変換されている。この変換方法によれば、ダーク部分の再現性が低くなってしまう。

図２Ｂは、ガンマ＝1/2.2をかけて１６ビット→８ビット変換を行った場合の例を示す。同図によれば、入力レベル０で出力レベルが０、入力レベル１〜３で出力レベル２、入力レベル３〜６で出力レベル３、入力レベル６〜１０で出力レベル４、…というように変換されている。

つまり、１６ビット→８ビット変換の際に画像のダーク部について、図２Ａに示すガンマリニアの場合は入力０〜２５５までは出力が全て０となるが、図２Ｂに示すガンマ1/2.2の場合は、その出力階調がより細かく８ビット信号に反映されることが分かる。

そこで本実施形態においては、画像読取装置３０内のＬＵＴ３３ａにおけるガンマ値Ａとして、リニアでない値（図２Ｂの例では1/2.2）を用いる。このようにリニアでないガンマをかけて階調変換を行うことにより、階調の欠落が発生しにくい構成を安価に提供できる。

図２Ｃは、ＰＣ３８側のＬＵＴ３３ｂにおいて８ビット→１６ビット変換を行った場合の例を示す。この場合、ＬＵＴ３３ａにおけるガンマＡの逆数であるガンマ１/Ａ（この例では2.2）をかけることによって出力をリニアに戻し、かつダーク部の階調の損失を抑えることができる。

尚、ガンマＡの値としては、ＰＣ３８内のＬＵＴ３３ｃにおいて用いられる、ディスプレイ３９に応じたガンマと同じ値（例えば1/2.2）を使用することが望ましい。

従来例でも説明したように、ＰＣ３８においてはそのオペレーションシステム（ＯＳ）によって、標準とするガンマ値が変化する。代表的な例として、Ｗｉｎｄｏｗｓ(登録商標）の場合はγ＝2.2が、Macintoshの場合はγ＝1.8が標準となる。またユーザも、スキャンする原稿画像に応じてハイライト値やシャドウ値を調整する等、ＬＵＴ３３ｃで用いるガンマカーブの調節を行うため、本実施形態におけるガンマＡを固定値とすることは適当でない。従って本実施形態では、ＬＵＴ３３ｃにおいてユーザ調整後のガンマ値をＡ1とした時、ＬＵＴ３３ａで用いるガンマ値をＡ1に、ＬＵＴ３３ｂでリニアに戻す際のガンマ値を１/Ａ1に設定する。これにより、ユーザの所望するレベル域において、階調の再現性を高めることができる。

以上説明したように本実施形態によれば、階調変換及びガンマ補正用のＬＵＴを、画像読取装置３０側に１つ、ＰＣ３８側に２つ備え、それらのガンマ値を適切に設定することによって、画像読取装置３０からＰＣ３８への転送ビット幅は８ビットのままで、ダーク部における階調落ちの発生を抑制することが可能になる。また、画像読取装置３０側において必要とするＲＡＭは２個で済むため、コストを抑えることができる。また、ユーザ調整に応じた階調再現性を得ることができる。

＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態に示した画像読取装置３０は、その制御部をコンピュータシステムによって構成することが可能である。該構成の一例を図３に示す。

図３において、１２００はコンピュータ（ＰＣ）である。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、あるいはフロッピー（登録商標）ディスクドライブ（ＦＤ）１２１２より供給されるネットワーク印刷デバイス制御ソフトウェアを実行し、システムデバイス１２０４に接続される各デバイスを制御する。

１２０３はＲＡＭであり、ＣＰＵ１２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。１２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）で、ブートプログラム（起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイルそしてネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク（ＨＤ）１２１１、及びフロッピー（登録商標）ディスク（ＦＤ）１２１２とのアクセスを制御する。

１２０８はネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）で、本実施形態の画像読取装置を、ＬＡＮ１２２０を介してネットワークに接続する場合に使用するものである。

＜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。

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（または記録媒体）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ＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み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、記憶媒体から読み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、コンピュータが読み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オペレーティングシステム（ＯＳ）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。

さらに、記憶媒体から読み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。

３０ 画像読取装置
３１ ＣＣＤ
３２ Ａ／Ｄコンバータ
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ ＬＵＴ
３４ Ｉ／Ｆ
３５ ラインオフセット
３６ マトリックス回路
３７ａ，３７ｂ ＲＡＭ
３８ ＰＣ
３９ ディスプレイ

Claims (6)

1. 画像を読み取って画像データを生成し、前記画像データに対して１より小さいガンマ係数を用いたガンマ補正を行い、該画像データより低いビット数の画像データに階調変換し、前記階調変換された画像データを生成する画像読取装置から転送された画像データを処理するコンピュータであって、
   前記画像読取装置から転送された画像データに対して、前記画像読取装置のガンマ補正で用いるガンマ係数の逆数を用いたガンマ補正を行い、該転送された画像データより高いビット数の画像データに階調変換する変換手段と、
   前記変換手段によって階調変換された画像データに対して、該変換された画像データより低いビット数の画像データに階調変換するとともに、ガンマ補正を施すガンマ補正手段と、
   前記ガンマ補正手段によってガンマ補正された画像データを、前記コンピュータに接続されたディスプレイへ表示させる表示制御手段と
   を備えることを特徴とするコンピュータ。
2. 前記ガンマ補正手段で用いるガンマ係数は、前記画像読取装置のガンマ補正で用いるガンマ係数と等しいことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ。
3. 前記ガンマ補正手段で用いるガンマ係数は、前記変換手段のガンマ補正で用いるガンマ係数の逆数であることを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ。
4. 前記ガンマ補正手段で用いるガンマ係数は、前記コンピュータに接続可能な前記ディスプレイのガンマ係数と等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンピュータ。
5. 画像を読み取って画像データを生成し、前記画像データに対して１より小さいガンマ係数を用いたガンマ補正を行い、該画像データより低いビット数の画像データに階調変換し、前記階調変換された画像データを生成する画像読取装置から転送された画像データを処理するコンピュータにおいて実行される画像処理方法であって、
   前記コンピュータの変換手段が、前記画像読取装置から転送された画像データに対して、前記画像読取装置のガンマ補正で用いるガンマ係数の逆数を用いたガンマ補正を行い、該転送された画像データより高いビット数の画像データに階調変換する変換工程と、
   前記コンピュータのガンマ補正手段が、前記変換工程によって階調変換された画像データに対して、該変換された画像データより低いビット数の画像データに階調変換するとともに、ガンマ補正を施すガンマ補正工程と、
   前記コンピュータの表示制御手段が、前記ガンマ補正工程によってガンマ補正された画像データを、前記コンピュータに接続されたディスプレイへ表示させる表示制御工程と
   を備えることを特徴とする画像処理方法。
6. 画像を読み取って画像データを生成し、前記画像データに対して１より小さいガンマ係数を用いたガンマ補正を行い、該画像データより低いビット数の画像データに階調変換する画像読取装置から前記階調変換された画像データを受信するコンピュータを、
   前記画像読取装置から受信した階調変換された画像データに対して、前記画像読取装置のガンマ補正で用いるガンマ係数の逆数を用いたガンマ補正を行い、前記受信した階調変換された画像データより高いビット数の画像データに階調変換する変換手段、
   前記変換手段によって階調変換された画像データに対して、該変換された画像データより低いビット数の画像データに階調変換するとともに、ガンマ補正を施すガンマ補正手段、
   前記ガンマ補正手段によってガンマ補正された画像データを、前記コンピュータに接続されたディスプレイへ表示させる表示制御手段と
   して機能させるためのプログラム。

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