JP2011091595A - 画像処理装置、画像処理方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像のエッジ強調とノイズ低減を両立させること。
【解決手段】入力画像を表す画像データは、ガンマ補正部９４１によってガンマ補正が施され、ガンマ補正の施された画像データからガウシアンフィルタ４１が低周波成分を抽出する。減算器４２は、ガンマ補正の施された画像データからガウシアンフィルタ４１を出力した画像データを減算し、画像データの高周波成分を出力する。乗算器４４は画像データの高周波成分に対してＬＵＴ４３で設定されたエッジ強調度を乗算し、加算器４５がエッジ強調度が乗じられた高周波成分とガンマ補正が施された画像データを加算する。ＬＵＴ４３は、ガウシアンフィルタ４１を出力した低周波画像に応じてエッジ強調度を出力するものであり、入力された画像データが小さい（高濃度部）ときは低いエッジ強調度を、画像データが大きい（低濃度部）ときは高いエッジ強調度を出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像のエッジ強調処理を行う画像処理装置、画像処理方法及び画像形成装置に関するものである。

デジタル式の複写機やプリンタでは、原稿画像を良好に再現可能な画像データを得るために、イメージセンサによって読み取られた画像データに対して、その画像データの種類に応じた画像処理が施される。例えば、画像のエッジを構成する画素の画像データに対しては、その画素を周辺の画素に対して際立たせるためのエッジ強調処理が施される。

しかし、このような強調処理によってエッジだけでなくノイズも強調されてしまうという問題があった。そこで、特許文献１には、エッジ強調処理後にＬＵＴ変換にてノイズを低減させる方法が記載されており、特許文献２には、エッジ強調処理の設定をノイズ量に応じて行う方法が記載されている。

特開２０００−１８８６８８号公報 特開２００１−１５７０５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、効果的なノイズ低減は期待できない。更に、特許文献２に記載された方法では、肝心のエッジ強調が十分になされないという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、画像のエッジ強調とノイズ低減を両立させた画像処理装置、画像処理方法及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明の画像処理装置は、入力画像に対してガンマ補正を施すガンマ補正手段と、前記ガンマ補正が施された画像の低周波成分を抽出して低周波画像を出力するフィルタ手段と、画像のエッジの強調度合いを示すエッジ強調度を設定するものであり、前記フィルタ手段が出力した低周波画像を構成する各画素の画素値に応じて当該エッジ強調度を設定する設定手段とを有し、当該設定手段によって設定されたエッジ強調度を用いて前記ガンマ補正手段によってガンマ補正が施された画像にエッジ強調処理を施すエッジ強調手段と、を備えたものである。

また、請求項５に記載の発明の画像処理方法は、入力画像に対してガンマ補正を施すガンマ補正ステップと、前記ガンマ補正が施された画像の低周波成分を抽出して低周波画像を出力するフィルタステップと、画像のエッジの強調度合いを示すエッジ強調度を設定するものであり、前記フィルタステップにおいて出力された低周波画像を構成する各画素の画素値に応じて当該エッジ強調度を設定する設定ステップと、前記設定ステップにおいて設定されたエッジ強調度を用いて前記ガンマ補正ステップにおいてガンマ補正が施された画像にエッジ強調処理を施すエッジ強調ステップと、を含んだものである。

この構成によれば、フィルタ手段が出力した低周波画像の濃淡に応じてエッジ強調度を設定することにより、エッジ強調処理を効果的に行いたい濃度領域と、エッジ強調処理を避けたい濃度領域に応じてエッジ強調度を設定することができる。高濃度部のノイズはガンマ補正によって強調されやすいことから、低周波画像の濃度に応じてエッジ強調度を設定することにより、ガンマ補正によって強調されてしまった高濃度部のノイズがエッジ強調手段によって更に強調されることを抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置であって、前記設定手段は、前記フィルタ手段が出力した低周波画像を構成する各画素の画素値が示す濃度が高濃度であるときはエッジ強調度を低く、低濃度であるときはエッジ強調度を高く設定するものである。

この構成によれば、フィルタ手段が出力した低周波画像を構成する画素の画素値の示す濃度が高いときはエッジ強調度を低く、濃度が低いときはエッジ強調度を高く設定することにより、ガンマ補正によって強調された高濃度部のノイズの強調を抑制でき、且つ低濃度部のエッジ強調は効果的に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像処理装置であって、前記エッジ強調手段は、アンシャープマスクフィルタである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像処理装置であって、前記エッジ強調手段は、ＤＯＧ（Difference of Gaussian）フィルタであり、当該ＤＯＧフィルタを構成する２つのガウシアンフィルタのうち、標準偏差の値が大きいガウシアンフィルタが出力した低周波画像に応じて前記エッジ強調度を設定するものである。

これらの構成によれば、請求項１及び２と同様の効果を奏する。

請求項６に記載の発明の画像形成装置は、請求項１〜４の何れか一項に記載の画像処理装置と、前記画像処理装置によって処理が施された画像を用紙に形成する画像形成手段と、を備えたものである。

この構成によれば、請求項１〜４と同様の効果を奏する。

この発明によれば、フィルタ手段が出力した低周波画像の濃淡に応じてエッジ強調度を設定することにより、エッジ強調処理を効果的に行いたい濃度領域と、エッジ強調処理を避けたい濃度領域に応じてエッジ強調度を設定することができる。高濃度部のノイズはガンマ補正によって強調されやすいことから、低周波画像の濃度に応じてエッジ強調度を設定することにより、ガンマ補正によって強調されてしまった高濃度部のノイズがエッジ強調手段によって更に強調されることを抑えることができる。

画像形成装置の内部構成を概略的に示す側面図。 画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 アンシャープマスクフィルタの構成を示したブロック図。 ガンマ補正処理前後の画像データの濃度分布を示す図。 ＤＯＧフィルタの構成を示したブロック図。

以下、本発明における画像処理装置、画像処理方法及び画像形成装置の実施の形態について図面を参照して説明する。以下、本発明に係る画像形成装置１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態における画像形成装置１の内部構成を概略的に示す側面図である。画像形成装置１は、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能及びファクシミリ機能等の機能を兼ね備えた複合機である。尚、本実施の形態では複合機を例に説明するが、各機能を少なくとも１つ備えた単体の装置であってもよい。

画像形成装置１は、本体部２と、本体部２の左方に配設されたスタックトレイ３と、本体部２の上部に配設された原稿読取部４と、原稿読取部４の上方に配設された原稿給送部５とを有している。また、画像形成装置１のフロント部には、入力操作部６が設けられている。この入力操作部６には、ユーザが印刷実行指示を入力するためのスタートキー７と、印刷枚数等を入力するためのテンキー８と、各種複写動作の操作ガイド情報等を表示し、これら各種設定入力用にタッチパネル機能を有する液晶ディスプレイ等からなる表示部９と、表示部９で設定された設定内容等をリセットするリセットキー１０と、実行中の印刷（画像形成）動作を停止させるためのストップキー１１と、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能及びファクシミリ機能を切り換えるための機能切換キー１２とが備えられている。

原稿読取部４は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等のイメージセンサ及び露光ランプ等からなるスキャナ部１３と、ガラス等の透明部材により構成された原稿台１４及び原稿読取スリット１５とを備える。スキャナ部１３は、図略の駆動部によって移動可能に構成され、原稿台１４に載置された原稿を読み取るときは、原稿台１４に対向する位置で原稿面に沿って移動され、原稿を走査しつつ画像データを取得する。また、原稿給送部５により給送された原稿を読み取るときは、原稿読取スリット１５と対向する位置に移動され、原稿読取スリット１５を介して原稿給送部５による原稿の搬送動作と同期して原稿の画像を走査して、画像データを取得する。

原稿給送部５は、原稿を載置するための原稿載置部１６と、画像読み取り済みの原稿を排出するための原稿排出部１７と、原稿載置部１６に載置された原稿を１枚ずつ繰り出して原稿読取スリット１５に対向する位置へ搬送し、原稿排出部１７へ排出するための給紙ローラや搬送ローラ（図示せず）等からなる原稿搬送機構１８を備える。

また、原稿給送部５は、その前面側が上方に移動可能となるように本体部２に対して回動自在に設けられている。原稿給送部５の前面側を上方に移動させて原稿台１４上面を開放することにより、原稿台１４の上面に読み取り原稿、例えば見開き状態にされた書籍等をユーザが載置できるようになっている。

本体部２は、複数の給紙ユニット１９と、給紙ユニット１９から用紙を１枚ずつ繰り出して画像形成部２１へ搬送するピックアップローラ２０と、給紙ユニット１９から搬送されてきた用紙に画像を形成する画像形成部２１とを備える。

画像形成部２１は、スキャナ部１３で取得された画像データに基づきレーザ光等を出力して感光体ドラム２２を露光し、感光体ドラム２２の表面に静電潜像を形成する光学ユニット２３と、静電潜像が形成された感光体ドラム２２の表面にトナーを付着することによりトナー像を形成する現像部２４と、感光体ドラム２２上のトナー像を用紙に転写する転写部２５と、トナー像が転写された用紙を加熱してトナー像を用紙に定着させる定着ローラ２６及び加圧ローラ２７を備えた定着装置２８と、画像形成部２１内の用紙搬送路中に設けられ、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９まで搬送する搬送ローラ対３０及び３１等を備える。

用紙の両面に画像を形成する場合は、画像形成部２１で用紙の一方の面に画像を形成した後、この用紙を排出トレイ２９側の搬送ローラ対３０にニップされた状態とする。この状態で搬送ローラ対３０を反転させて用紙をスイッチバックさせ、用紙を用紙搬送路３２に送って画像形成部２１の上流域に再度搬送し、画像形成部２１により他方の面に画像を形成した後、用紙をスタックトレイ３又は排出トレイ２９に排出する。

図２は、画像形成装置１の電気的構成を示すブロック図である。画像形成装置１は、制御部９１、記憶部９２、原稿読取部４、画像メモリ９３、画像処理部９４、画像形成部２１、入力操作部６及びネットワークＩ／Ｆ部９６を備えて構成されている。尚、図１及び２を用いて説明した構成要素と同じものには同符号を付して、説明を省略する。

制御部９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）等によって構成され、記憶部９２に記憶されたプログラムを読み出して処理を実行し、各機能部への指示信号の出力、データ転送等を行って画像形成装置１を統括的に制御するものである。

記憶部９２は、画像形成装置１の備える種々の機能を実現するためのプログラムやデータ等を記憶するものである。画像メモリ９３は、原稿読取部４が取得した画像データやネットワークＩ／Ｆ部９６を介して外部装置から送信された画像データを一時的に記憶する。画像処理部９４は、画像メモリ９３に記憶されている画像データに対して画像補正や拡大・縮小等の画像処理を施すものであり、画像データを例えばガンマフィルタを用いて画像形成装置１の仕様に合わせて階調変更するガンマ補正部９４１と画像データの示す画像のエッジ強調処理を施すエッジ強調部９４２を有する。

ネットワークＩ／Ｆ部９６は、ＬＡＮボード等の通信モジュールから構成され、ネットワークＩ／Ｆ部９６と接続されたネットワーク（不図示）を介して外部装置と種々のデータの送受信を行う。

ここで、画像処理部９４のエッジ強調部９４１について説明する。入力画像に対してエッジ強調処理を施す方法として、アンシャープマスクフィルタやＤＯＧ（Difference of Gaussian）フィルタがよく知られている。アンシャープマスクフィルタは、入力画像からガウシアンフィルタによって平滑化した画像（低周波画像）を差し引くことによって、画像の高周波成分を抽出する。そして、抽出した高周波成分にエッジ強調度を乗じて、そのエッジ強調度を乗じた高周波成分を、入力画像に加算することによって、エッジ強調画像を取得する方法である。ＤＯＧフィルタは、標準偏差σの異なるガウシアンフィルタによって平滑化した２つの画像の差分に対してエッジ強調度を乗じ、そのエッジ強調度を乗じた差分画像を、一方の平滑化した画像に加算することによってエッジ強調画像を取得する方法である。

図３は、ガンマ補正部９４１とアンシャープマスクフィルタの構成を用いたガンマ強調部９４２のブロック図である。入力画像を表す画像データは、まずガンマ補正部９４１によってガンマ補正が施される。ガウシアンフィルタ４１は、ガンマ補正の施された画像データから低周波成分を抽出する。

減算器４２は、ガンマ補正の施された画像データからガウシアンフィルタ４１を出力した画像データを減算し、画像データの高周波成分（エッジ）を出力する。続いて、乗算器４４は画像データの高周波成分に対してＬＵＴ（Look Up Table）４３を用いて設定されたエッジ強調度を乗算する。最後に、加算器４５が、エッジ強調度が乗じられた高周波画像とガンマ補正が施された画像を加算して出力する。この加算器４５が出力した画像は、入力画像に比べてエッジが強調された画像となる。

ここで、乗算器４４にて用いるエッジ強調度について説明する。図４は、ガンマ補正処理前後の画像データの濃度分布を示す図である。図４に示す各グラフでは、横軸は画像データの値（画素値）を示しており、値の小さい左側は濃度が高く（高濃度部）、右側につれて濃度が低く（低濃度部）になっている。図４に示すように、ガンマ補正処理後の画像においては、高濃度部（暗部）において出力値が大きくなる傾向がある。そのため、ガンマ補正によってノイズが強調されやすいという問題があった。

そこで、本発明では、このエッジ強調度をガウシアンフィルタ４１を出力した画像データ（低周波成分）に基づいて設定する方法を提案する。図３に戻って詳しく説明する。ガウシアンフィルタ４１は、ガンマ補正の施された画像を構成している各画素を順次注目画素として、その注目画素及びその周辺の一定範囲内に含まれる参照画素の画像データ（画素値）に対して注目画素から近い順で重み付けを行う加重平均を取ることにより画像データの平滑化を行う。

ＬＵＴ４３は、ガウシアンフィルタ４１が出力した低周波画像を構成する各画素の画素値（画像データ）に応じて予め定められた出力値（エッジ強調度）を出力する割り当てテーブルであり、画像データが小さい（高濃度部、暗部）ときは低いエッジ強調度が、画像データが大きい（低濃度部、明部）ときは高いエッジ強調度が出力されるように設定されている。この他、ＬＵＴ４３として、ガンマ補正部９４１が階調変換の際に用いる変換テーブルを逆変換した微分曲線を用いてもよい。

画像データが小さい（高濃度部、暗部）ときに低いエッジ強調度を設定するということは、ガンマ補正によって高濃度部（暗部）のノイズが強調されてしまった場合、ガウシアンフィルタ４１によってノイズがある程度除去されるが、更にエッジ強調度を低く設定することによって、エッジ強調処理によるノイズの強調を抑制することができる。

また、入力された画像データが大きい（低濃度部、明部）ときに高いエッジ強調度を設定するということは、低濃度部（明部）のノイズはガンマ補正によって強調されにくいため、エッジ強調度を高くしてもノイズが強調されることが少ない。従って、エッジ部分の強調効果を損なわずに済むことになる。更に、ＬＵＴ４３がガンマ補正後の画像データではなく、ガウシアンフィルタ４１を出力した低周波画像を用いてエッジ強調度を設定することにより、エッジにおける強調効果を高めることができる。

図５は、ガンマ補正部９４１とＤＯＧフィルタの構成を用いたエッジ強調部９４２のブロック図である。入力画像を表す画像データは、まずガンマ補正部９４１によってガンマ補正が施される。そして、ガウシアンフィルタ５１及び５２は、ガンマ補正の施された画像データから低周波成分を抽出する。ここで、ガウシアンフィルタ５１及び５２の標準偏差σはそれぞれ異なり、ガウシアンフィルタ５１の標準偏差σ１はガウシアンフィルタ５２の標準偏差σ２より小さい値（σ１＜σ２）とする。

そして、減算器５３は、ガウシアンフィルタ５１を出力した画像データからガウシアンフィルタ５２を出力した画像データを減算し、画像の高周波成分（エッジ）を出力する。
ＬＵＴ５４は、ガウシアンフィルタ５２が出力した画像データに応じてエッジ強調度を設定する。乗算器５５は減算器５３が出力した高周波成分に対してＬＵＴ５４によって設定されたエッジ強調度を乗算する。最後に、加算器５６が、エッジ強調度が乗じられた高周波画像とガウシアンフィルタ５１を出力した低周波画像を加算して出力する。尚、ＬＵＴ５４のエッジ強調度の設定方法は上記した通りである。

以上、説明したように、アンシャープマスクフィルタについては、ガウシアンフィルタ４１が出力した低周波画像、ＤＯＧフィルタについては標準偏差の大きいガウシアンフィルタ５２が出力した低周波画像を用い、ＬＵＴ４３、５４が低周波画像を構成する各画素の画像データが小さい（高濃度部、暗部）ときはエッジ強調度を低く、画像データが大きい（低濃度部、明部）ときはエッジ強調度を高く設定することにより、ガウス補正にて強調された高濃度部のノイズの更なる強調を抑制でき、且つ低濃度部のエッジ強調は効果的に行うことができる。

更に、アンシャープマスクフィルタにおいてはガウシアンフィルタ４１が出力した低周波画像を用いてＬＵＴ４３がエッジ強調度を設定し、ＤＯＧフィルタにおいては標準偏差の大きいガウシアンフィルタ５２が出力した低周波画像を用いてＬＵＴ５４がエッジ強調度を設定することにより、ガンマ補正後の画像データや標準偏差の小さいガウシアンフィルタ５１が出力した低周波画像を用いてエッジ強調度を設定するより、エッジ強調効果を高めることができる。

尚、本実施の形態では、エッジ強調度の決定にＬＵＴを用いることとしたが、計算式等を用いて求めるようにしてもよい。

１ 画像形成装置
９４ 画像処理部
９４１ ガンマ補正部
９４２ エッジ強調部
４１、５１、５２ ガウシアンフィルタ
４２、５３ 減算器
４４、５５ 乗算器
４５、５６ 加算器

Claims (6)

1. 入力画像に対してガンマ補正を施すガンマ補正手段と、
   前記ガンマ補正が施された画像の低周波成分を抽出して低周波画像を出力するフィルタ手段と、画像のエッジの強調度合いを示すエッジ強調度を設定するものであり、前記フィルタ手段が出力した低周波画像を構成する各画素の画素値に応じて当該エッジ強調度を設定する設定手段とを有し、当該設定手段によって設定されたエッジ強調度を用いて前記ガンマ補正手段によってガンマ補正が施された画像にエッジ強調処理を施すエッジ強調手段と、
   を備えた画像処理装置。
2. 前記設定手段は、前記フィルタ手段が出力した低周波画像を構成する各画素の画素値が示す濃度が高濃度であるときはエッジ強調度を低く、低濃度であるときはエッジ強調度を高く設定するものである請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記エッジ強調手段は、アンシャープマスクフィルタである請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 前記エッジ強調手段は、ＤＯＧ（Difference of Gaussian）フィルタであり、当該ＤＯＧフィルタを構成する２つのガウシアンフィルタのうち、標準偏差の値が大きいガウシアンフィルタが出力した低周波画像に応じて前記エッジ強調度を設定するものである請求項１又は２に記載の画像処理装置。
5. 入力画像に対してガンマ補正を施すガンマ補正ステップと、
   前記ガンマ補正が施された画像の低周波成分を抽出して低周波画像を出力するフィルタステップと、
   画像のエッジの強調度合いを示すエッジ強調度を設定するものであり、前記フィルタステップにおいて出力された低周波画像を構成する各画素の画素値に応じて当該エッジ強調度を設定する設定ステップと、
   前記設定ステップにおいて設定されたエッジ強調度を用いて前記ガンマ補正ステップにおいてガンマ補正が施された画像にエッジ強調処理を施すエッジ強調ステップと、
   を含む画像処理方法。
6. 請求項１〜４の何れか一項に記載の画像処理装置と、
   前記画像処理装置によって処理が施された画像を用紙に形成する画像形成手段と、
   を備えた画像形成装置。

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