JP2017182561A - 信号抽出処理装置および信号抽出処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入力信号の中から検出対象信号を、比較的単純な処理によって高精度且つ高速に、さらに安定した信頼性で抽出することが可能な信号抽出処理装置および信号抽出処理方法を提供する。【解決手段】入力データより所定のノイズ値を減算することにより、ノイズカットデータを生成する。そして、このノイズカットデータを使用して、所定の確率共鳴処理を実行する。この際、所定の確率共鳴処理とは、処理対象となるデータに新たなノイズを付加し２値化処理を施す工程を並列して行った結果を合成する形態において、前記並列の数を無限大にしたときに得られる値を出力する処理である。【選択図】図１２

Description

本発明は検出対象信号がノイズに埋もれている入力信号より当該検出対象信号を抽出するための信号抽出処理装置および信号抽出処理方法に関する。

ノイズに埋もれている入力信号より検出対象信号を注出する場合、確率共鳴現象が有用される。確率共鳴現象とは、ノイズに埋もれている入力信号に対し、更にノイズを付加しその後非線形処理を行うことにより、検出対象信号を強調させる現象である。但し、このような確率共鳴現象において、検出結果の性能を表す評価値として用いる相関係数は、図１に示すように、付加するノイズの強度に応じて変化する。図１の場合、付加ノイズ強度３０で相関係数は最大になっている。すなわち、最大の検出精度を実現するのに最適なノイズ強度が存在するため、ノイズ強度のチューニングを行うことが望まれる。

非特許文献１には、図２に示すように、入力信号Ｉ（ｘ）を複数に分岐し、それぞれで異なるノイズを付加して非線形処理を施し、更にこれらの出力を合成することで、検出対象信号を安定した精度で検出する構成が開示されている。非特許文献１によれば、分岐の数を増やすほど、図１のようなピークが現れなくなってノイズ強度への堅牢性が増大し、結果としてノイズ強度のチューニングを行う必要がなくなることが説明されている。

また、特許文献１には、受信信号系列に含まれる所望信号系列および干渉信号系列のいずれかに基づいて生成された複数の合成信号系列と、該受信信号系列を合成し、確率共鳴現象を利用し、所望信号系列を強調する処理が記載されている。

特開２０１２−１７５３７１号公報

J.J.Collins, Carson C.Chow and Thomas T.Imhoff, "Stochastic resonance without tuning", NATURE, (UK), 20 July 1995, vol.376, p.236-238

ところで近年では、以上のような確率共鳴現象を用いた検出対象信号の抽出を、製品検査などに利用することがある。例えば、製造された製品を撮像し、得られた画像データに所定のノイズを付加して非線形処理を施すことにより、製品に存在する傷のような特異部を抽出することができる。そして、このような抽出工程と、抽出された特異部をポップアップする工程と、ポップアップされた画像を検査者が確認し最終判断する工程を設ければ、検査者による目視判断のみの場合に比べて、検査時間を大幅に低減し検査精度を向上させることができる。

さらに、このような特異部抽出機構は、生産現場における検査工程のみならず、製品そのものに搭載することもできる。具体例としては、パーソナルプリンタが備えるプリントヘッドが印刷した画像を撮像し、得られた画像データに上記確率共鳴処理を施すことにより、プリントヘッドに不吐出が発生した場合にこれを自動で抽出する構成が挙げられる。工場出荷時の製品検査であれ、製品着荷後の画像検査であれ、検査工程における特異部抽出処理は、比較的簡素な構成および単純な処理によって高精度且つ高速に行われることが求められる。

しかしながら、上記検査工程に非特許文献１や特許文献１を採用した場合、その効果すなわちノイズ強度への堅牢性を十分に高めようとすると、多数の合成回路や非線形回路が必要となり、処理の複雑化や処理時間の増大、また装置の高価格化などが懸念される。

本発明は上記問題点を解決するために成されたものである。よってその目的とするところは、入力信号の中から検出対象信号を、比較的単純な処理によって高精度且つ高速に、さらに安定した信頼性で抽出することが可能な信号抽出処理装置および信号抽出処理方法を提供することである。

そのために本発明は、入力データの中から特異的な信号を抽出するための信号抽出処理装置であって、前記入力データを取得する取得手段と、前記入力データより所定のノイズ値を減算することにより、ノイズカットデータを生成する手段と、前記ノイズカットデータに対し所定の確率共鳴処理を実行することにより、確率共鳴データを生成する確率共鳴処理手段と、前記確率共鳴データの中から、前記特異的な信号を抽出する抽出手段と、を有し、前記所定の確率共鳴処理は、前記ノイズカットデータに新たなノイズを付加し２値化処理を施す工程を並列して行った結果を合成する形態において、前記並列の数を無限大にしたときに得られる値を出力する処理であることを特徴とする。

本発明によれば、入力信号の中から検出対象信号を比較的単純な処理によって高精度且つ高速に、安定した信頼性で抽出することが可能となる。

確率共鳴処理における付加ノイズ強度と相関係数の関係を示す図である。 非特許文献１に記載の確率共鳴処理を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明に使用可能な画像処理装置の形態例を示す図である。 第１の実施形態における制御の構成を説明するためのブロック図である。 インクジェット記録装置の概略構成図である。 記録ヘッドの記録素子と読み取りヘッドの読み取り素子の配列構成図である。 シートに記録される画像と検査用パターンのレイアウトを示す図である。 読み取りセンサの１つが対象物を読み取る際の状態を示す図である。 特異部検出アルゴリズムの基本工程を説明するためのフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、乱数を発生させた場合のヒストグラムを示す。 （ａ）および（ｂ）は、式７および式８をグラフで示した図である。 第１の実施形態における特異部抽出処理工程を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｆ）は、検査信号Ｓ（ｘ）と処理後の結果を示す図である。 ノイズが含まれない状態の検出対象データを示す図である。 処理対象信号Ｓ（ｘ）に対し様々な処理後の相関係数値を示す図である。 ノイズ強度Ｋと相関係数Ｃの関係を示す図である。 第２の実施形態における特異部抽出処理工程を示すフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態の判定処理の様子を示す図である。 処理対象信号Ｓ（ｘ）に対し様々な処理後の相関係数値を示す図である。 第２の実施形態におけるノイズ強度Ｋと相関係数Ｃの関係を示す図である。

図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の信号抽出処理装置として使用可能な画像処理装置１の形態例を示す図である。本発明の画像処理装置は、記録された画像内の白スジなどをユーザが認識しやすくするためのポップアップ処理や装置自体が判別するための処理を、撮像された画像データに対し施すものであり、システムとしては様々な形態を取ることができる。

図３（ａ）は、画像処理装置１が読み取り部２を備えている形態を示す。例えば、インクジェット記録装置によって所定の画像が記録されたシートが、画像処理装置１内の読み取り部２の読取台に設置されて光学センサなどによって撮像され、その画像データを画像処理部３が処理する場合がこれに相当する。画像処理部３は、ＣＰＵやこれよりも高速な処理が可能な画像処理アクセラレータを備え、読み取り部２による読み取り動作を制御したり、受け取った画像データに対し所定の検査処理を実行したりする。

図３（ｂ）は、読み取り部２を備えた読み取り装置２Ａに画像処理装置１が外部接続された形態を示している。例えば、スキャナにＰＣが接続されているようなシステムがこれに相当する。接続形式としては、ＵＳＢやＧｉｇＥ、ＣａｍｅｒａＬｉｎｋといった汎用的な接続方式で良い。読み取り部２が読み取った画像データはインターフェース４を介して画像処理部３に提供され、画像処理部３は取得した画像データに対し所定の検査処理を実行する。なお、この形態の場合、画像処理装置１は、記録部５を備えた記録装置５Ａに更に外部接続されていても良い。

図３（ｃ）は、画像処理装置１が読み取り部２および記録部５を備えている形態を示している。例えばスキャナ機能、プリンタ機能、および画像処理機能を兼ね備えた複合機がこれに相当する。画像処理部３は、記録部５における記録動作、読み取り部２における読み取り動作、および読み取り部２が読み取った画像に対する検査処理などの全てを制御する。

図３（ｄ）は、読み取り部２と記録部５とを備えた複合機６に画像処理装置１が外部接続された形態を示している。例えば、スキャナ機能とプリンタ機能とを兼ね備えた複合機にＰＣが接続されているようなシステムがこれに相当する。本発明の画像処理装置１は図３（ａ）〜（ｄ）のいずれの形態も採ることができるが、以下では図３（ｄ）の形態を採用した場合の画像検査装置を例に本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図４は、図３（ｄ）の形態における制御の構成を説明するためのブロック図である。信号抽出処理装置としての画像処理装置１はホストＰＣなどからなり、ＣＰＵ３０１は、ＨＤＤ３０３に保持されるプログラムに従ってＲＡＭ３０２をワークエリアとしながら各種処理を実行する。例えばＣＰＵ３０１は、キーボード・マウスＩ／Ｆ ３０５を介してユーザより受信したコマンドやＨＤＤ３０３に保持されるプログラムに従って複合機６が記録可能な画像データを生成し、これを複合機６に転送する。また、データ転送Ｉ／Ｆ ３０４を介して複合機６から受信した画像データに対し、ＨＤＤに記憶されているプログラムに従って所定の処理を行い、その結果や様々な情報をディスプレイＩ／Ｆ ３０６を介して不図示のディスプレイに表示する。後述するような本実施形態の確率共鳴処理の対象となる画像データＩ（ｘ）は、データ転送Ｉ／Ｆ ３０４を介して複合機６から受信する。

一方、複合機６において、ＣＰＵ３１１は、ＲＯＭ３１３に保持されるプログラムに従ってＲＡＭ３１２をワークエリアとしながら各種処理を実行する。更に、複合機６は、高速な画像処理を行うための画像処理アクセラレータ３０９、読み取り部２を制御するためのスキャナコントローラ３０７、記録部５を制御するためのヘッドコントローラ３１４を備えている。

画像処理アクセラレータ３０９は、ＣＰＵ３１１よりも高速に画像処理を実行可能なハードウェアである。画像処理アクセラレータ３０９は、ＣＰＵ３１１が画像処理に必要なパラメータとデータをＲＡＭ３１２の所定のアドレスに書き込むことにより起動され、上記パラメータとデータを読み込んだ後、上記データに対し所定の画像処理を実行する。但し、画像処理アクセラレータ３０９は必須な要素ではなく、同等の処理はＣＰＵ３１１で実行することができる。

ヘッドコントローラ３１４は、記録部５に備えられた記録ヘッド１００に記録データを供給するとともに、記録ヘッド１００の記録動作を制御する。ヘッドコントローラ３１４は、ＣＰＵ３１１が、記録ヘッド１００が記録可能な記録データと制御パラメータをＲＡＭ３１２の所定のアドレスに書き込むことにより起動され、当該記録データに従って吐出動作を実行する。

スキャナコントローラ３０７は、読み取り部２に配列する個々の読み取り素子を制御しつつ、これらから得られるＲＧＢの輝度データをＣＰＵ３１１に出力する。ＣＰＵ３１１は、得られたＲＧＢの輝度データをデータ転送Ｉ／Ｆ３１０を介して画像処理装置１に転送する。画像処理装置１のデータ転送Ｉ／Ｆ ３０４および複合機６のデータ転送Ｉ／Ｆ ３１０における接続方式としては、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＬＡＮ等を用いることができる。

図５は、本実施形態の複合機６として使用可能なインクジェット記録装置（以下、単に記録装置とも言う）の概略構成図である。本実施形態の記録装置はフルラインタイプの記録装置であり、記録媒体や検査対象物となりうるシートＰの幅と同等の幅を有する記録ヘッド１００と読み取りヘッド１０７がＹ方向に並列配置されている。記録ヘッド１００は、ブラック（Ｋ）、シアン（ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のインクをそれぞれ吐出する４列の記録素子列１０１〜１０４を備え、これら記録素子列１０１〜１０４はシートＰの搬送方向（Ｙ方向）に並列配置されている。記録素子列１０１〜１０４の更に下流には、読み取りヘッド１０７が配備されている。読み取りヘッド１０７には、記録された画像を読み取るための読み取り素子がＸ方向に複数配列されている。

記録処理や読み取り処理を行う際、シートＰは搬送ローラ１０５の回転に伴って図のＹ方向に所定の速度で搬送され、この搬送の最中、記録ヘッド１００による記録処理や読み取りヘッド１０７による読み取り処理が行われる。記録ヘッド１００による記録処理や読み取りヘッド１０７による読み取り処理が行われる位置のシートＰは、平板からなるプラテン１０６によって下方から支えされ、記録ヘッド１００や読み取りヘッド１０７からの距離と平滑性が維持されている。

図６（ａ）および（ｂ）は、記録ヘッド１００における記録素子の配列構成と読み取りヘッド１０７における読み取り素子の配列構成とを示す図である。記録ヘッド１００において、各インク色に対応する記録素子列１０１〜１０４の夫々は、複数の記録素子１０８が一定のピッチで配列される記録素子基板２０１の複数が、オーバーラップ領域Ｄを設けながらＸ方向に連続するようにＹ方向に交互に配置されている。一定の速度でＹ方向に搬送されるシートＰに対し、個々の記録素子１０８が記録データに従って一定の周波数でインクを吐出することにより、シートＰには記録素子１０８の配列ピッチに相応する解像度の画像が記録される。一方、読み取りヘッド１０７には、複数の読み取りセンサ１０９がＸ方向に所定のピッチで配列されている。

図７は、シートＰに記録される画像７００と検査用パターン７０１〜７０４のレイアウトを示す図である。検査用パターン７０１〜７０４は、記録素子列１０１〜１０４の夫々によって対応するインクで記録される。記録素子列１０１〜１０４のいずれかに不吐出の記録素子が含まれていると、対応するパターンの対応する位置に、Ｙ方向に延びる白スジが現れる。検査用パターン７０１〜７０４は、ページごと（すなわちシートごと）に、シートＰの先端部余白部に画像７００よりも先行して記録され、読み取りヘッド１０７によって読み取られる。読み取りヘッド１０７は、一定の速度でＹ方向に搬送される検査用パターン７０１〜７０４を、個々の読み取りセンサ１０９の読み取り素子によって所定の周波数で撮像する。

図８は、読み取りセンサ１０９の１つが対象物を読み取る際の状態を示す図である。不図示の光源から照射された光は、検査対象物３００の表面で反射され、レンズ６０２で集光された後、読み取りセンサ１０９に配列する複数の読み取り素子の夫々で検出される。本実施形態において、個々の読み取り素子には、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）およびＢ（ブルー）夫々の輝度信号を出力する３つの読み取り素子が、読み取り画素の最小単位となる領域に配列して構成されている。読み取りヘッド１０７が読み取った画像データは、読み取り素子の配列ピッチに相当する解像度を有するＲＧＢの輝度データであり、ＣＰＵ３１１に送信される。

以上のような構成であれば、検査用パターン７０１〜７０４を読み取りヘッド１０７が読み取った結果に基づいて不吐出が存在すると判断された場合、記録ヘッド１００が画像７００の記録を実行する前に、記録ヘッド１００に対する回復処理を行うことが出来る。但し、本実施形態はこのような形態に限定されるものではない。検査用パターン７０１〜７０４は、１ページごとではなく所定ページ数ごとに記録しても良いし、所定時間ごとに記録しても良い。また、ユーザのコマンドに応じて適宜記録するようにしてもよい。また、検出用パターンは実画像と同じページに記録する必要は無く、検出用パターンのみを１ページに記録しても良い。さらに、検出用パターンを記録したシートを排出した後、当該シートを読み取り処理のために改めて給紙するようにしても良い。

以下、本実施形態における特異部検出アルゴリズムについて具体的に説明する。本実施形態の特異部検出アルゴリズムは、図７で示した検査用パターン７０１〜７０４を読み取りヘッド１０７で撮像し、得られた画像データに対して記録ヘッド１００の不吐出に伴う特異部を、確率共鳴処理を用いて高精度に検出するためのアルゴリズムである。本実施形態で採用するのは、複合機６としてのインクジェット記録装置でなくても構わない。以下では、一例として、複合機６の記録ヘッド１００が記録した画像を同じ複合機の読み取りヘッド１０７で読み取り、得られた画像データを当該複合機６に接続された画像処理装置１が画像処理し、特異部を検出する構成を前提に説明する。

図９は、本実施形態の画像処理装置１が実行する特異部検出アルゴリズムの基本工程を説明するためのフローチャートである。本処理が開始されると、画像処理装置１は、ステップＳ１において記録部５に検査用パターン７０１〜７０４を記録させる。具体的には、複合機６のＣＰＵ３１１にアクセスし、シートＰを装置内に給紙させる。そして、ヘッドコントローラ３１４を介し、シートＰの先端に図７で説明したような検査用パターン７０１〜７０４を記録ヘッド１００に記録させる。

続くステップＳ２では、ステップＳ１で記録した検査用パターン７０１〜７０４を、読み取り部２に読み取らせる。すなわち、スキャナコントローラ３０７を駆動し、読み取りセンサ１０９に配列する複数の読み取り素子の出力信号を得、多値のＲＧＢデータとしてＲＡＭ３１２に格納する。

ステップＳ３において画像処理装置１は特異部抽出処理を実行し、ステップＳ４では得られた特異部の情報をＲＡＭ３１２などに格納する。ステップＳ３で実行する特異部抽出処理については後に詳しく説明する。以上で本処理を終了する。不吐出に相当する特異部が抽出された場合、その後、画像処理装置１はこの情報を様々に利用することができる。例えば、本処理の直後に不吐出を回復するためのメンテナンス処理を行っても良いし、次に入力される画像データに対し、不吐出に伴う白スジを目立たなくするような画像処理を施すようにしても良い。

ステップＳ３の特異部抽出処理の具体的な工程を説明する前に、ここではまず、本実施形態で採用する確率共鳴処理について説明する。

非特許文献１にも開示されている確率共鳴現象を利用した処理の概念図として、再度図２を参照する。入力信号Ｉ（ｘ）は、読み取りセンサ１０９によって読み取られた個々の画素に対応する信号値であり、ｘは画素位置を示す。入力信号Ｉ（ｘ）はＭ個に分岐され、それぞれにおいて異なるノイズＮ（ｘ，ｍ）×Ｋが付加される。ここで、ｍはＭ個の分岐路のうちの１つを指し示すパラメータであり、１〜Ｍのいずれかの整数である。また、Ｎ（ｘ，ｍ）は画素位置ｘの分岐路ｍに対応する乱数であり、０〜１の値を有する。乱数Ｎ（ｘ，ｍ）に整数であるノイズ強度Ｋを積算した値Ｎ（ｘ，ｍ）×Ｋが、入力信号Ｉ（ｘ）に付加される。すなわち、ノイズ付加後の信号値をｉ（ｘ，ｍ）とすると、
ｉ（ｘ，ｍ）＝Ｉ（ｘ）＋Ｎ（ｘ，ｍ）×Ｋ （式１）
と表すことができる。

ノイズ付加後の信号値ｉ（ｘ，ｍ）を所定の閾値Ｔと比較することによって非線形処理（２値化処理）を行い、２値信号ｊ（ｘ，ｍ）を得る。具体的には、
ｉ（ｘ，ｍ）≧Ｔ のとき ｊ（ｘ，ｍ）＝１
ｉ（ｘ，ｍ）＜Ｔ のとき ｊ（ｘ，ｍ）＝０ （式２）
とする。

その後Ｍ個のｊ（ｘ，ｍ）を合成し平均処理を行ったものを、確率共鳴後の信号値Ｊとする。すなわち、

となる。

非特許文献１によれば、Ｍの値を大きくするほどノイズ強度Ｋに対する堅牢性が高まることが説明されている。そして、Ｍの値を大きくするほど、信号値Ｊ（ｘ）は、各画素の入力信号値Ｉ（ｘ）が非線形処理において２値化閾値Ｔを超える確率を示す値に近づく。言い換えると、入力信号値Ｉ（ｘ）が２値化閾値Ｔを超える確率を求める式を導き出すことができれば、図２に示したような多数のノイズ付加処理や非線形処理を行わなくとも、これと同等な検出処理を行うことが可能となる。このため、以下に入力信号値Ｉ（ｘ）が２値化閾値Ｔを超える確率について説明する。

図１０（ａ）および（ｂ）は、乱数Ｎを∞個発生させた場合に収束するヒストグラムを示す。横軸が乱数Ｎであり０〜１の範囲を有する。縦軸は、それぞれの値Ｎが発生する確率ｆ（Ｎ）を示す。図１０（ａ）は平均値を０．５、３σ＝１とした正規分布とした場合、同図（ｂ）は乱数Ｎが０〜１の範囲で同頻度で発生する所謂ホワイトノイズとした場合、をそれぞれ示している。以下では、このような分布に基づいて乱数Ｎが生成されることを前提に説明する。

式１および式２より、個々の画素の２値化後の結果がｊ（ｘ，ｍ）＝１となる確率は、
Ｉ（ｘ）＋Ｎ（ｘ，ｍ）×Ｋ≧Ｔとなる確率に等しい。
ここで、Ｋ（強度）を正の値とすれば、上式は、
Ｎ（ｘ，ｍ）≧｛Ｔ−Ｉ（ｘ）｝／Ｋ （式４）
と表すことができる。右辺をＡとすると、
Ｎ（ｘ，ｍ）≧Ａ （式５）
となる。個々の画素の２値化後の結果ｊ（ｘ，ｍ）がｊ（ｘ，ｍ）＝１となる確率すなわち確率共鳴処理後の信号値Ｊ（ｘ）は、式５が満たされる確率である。図１０（ａ）および（ｂ）のそれぞれにおいては、斜線部の面積が当該確率に相当する。式で表すと以下のようになる。

ここで乱数Ｎ発生のヒストグラムが図１０（ａ）のような正規分布の場合、式６は以下のようになる。

更に、±３σ＝１の正規分布の場合、係数αはおよそα＝１０．８となる。定数Ａを元の式｛Ｔ−Ｉ（ｘ，ｍ）｝／Ｋ に戻せば、式７のようになる。

一方、乱数Ｎ発生のヒストグラムが図１０（ｂ）のような場合、式６は、下式のように表すことが出来る。

ここで、定数Ａを元の式｛Ｔ−Ｉ（ｘ）｝／Ｋ に戻せば、式８のようになる。

図１１（ａ）および（ｂ）は、式７および式８をグラフで示した図である。いずれにしても、適切なノイズ強度Ｋと閾値Ｔのもとで式７または式８を用いれば、非特許文献１の方法を採用して入力信号値Ｉ（ｘ）に対する分岐数Ｍを無限大にしたときと、同じ精度で特異点を抽出することができる。その一方で、非特許文献１のように多数の回路を用意することがないので、比較的簡略で且つ高速な処理を行うことが出来る。以上が本実施形態で採用する確率共鳴処理である。

図１２は、本実施形態の画像処理装置１が、ステップＳ３の特異部抽出処理で実行する具体的な工程を説明するためのフローチャートである。本処理が開始されると、画像処理装置１は、まずステップＳ２１にて、図９のステップＳ２でＲＡＭ３１２に格納された多値のＲＧＢデータに基づいて、検査データＳ（ｘ）を生成する。

例えば、シアンインクを吐出する記録素子列１０２について不吐検出を行う場合、シアンの補色であるＲ（レッド）データを読み出し、Ｘ方向に配列する複数の記録素子のそれぞれに対応づけてＲ信号値を配列する。そして、Ｙ方向についての加算処理を行い、Ｓ（ｘ）として保存する。ここで、変数ｘはＸ方向における記録素子の配列位置を示し、本実施形態では１〜１２８の値を取りうるものとする。マゼンタインク、イエローインクの場合は、それぞれの補色であるＧ（グリーン）信号値、Ｂ（ブルー）信号値をそれぞれ利用し、上記と同じ処理を行えば良い。また、ブラックインクの場合は、ＲＧＢのいずれかの信号値もしくは所定の比率でこれらを加重平均した値を利用すればよい。

図１３（ａ）〜（ｆ）は、ステップＳ２１で生成された検査データＳ（ｘ）と、これに様々な処理を施した結果を示す図である。図１３（ａ）は、ステップＳ２１で生成された検査データＳ（ｘ）を示し、横軸は記録素子の配列位置ｘである。ここでは、例として、１２８個の記録素子のうち、ｘ＝９、３２、４６、９６に相当する４つの記録素子が不吐出である記録ヘッドを用いて検出パターンを記録し、読み取りヘッド１０７で読み取った結果を示している。ステップＳ２１にて検査データを生成する際、Ｙ方向への加算処理を行っているので、Ｙ方向に延びる白スジが発生する位置（ｘ）は他の位置に比べて検査データＳ（ｘ）が高く強調される。図１３（ａ）に示すように、ある程度のノイズを含みながらも、不吐出の記録素子に相当するｘ＝９、３２、４６、９６の位置には、輝度値のピークが発生していることがわかる。本実施形態の特異部抽出処理では、このようなピークを特異的な信号として高精度且つ高速に抽出することを目的としている。

図１２に戻る。ステップＳ２２では、ステップＳ２１で生成された検査データＳ（ｘ）に対し、ノイズカット処理を行う。具体的には、検査データＳ（ｘ）から所定のノイズ値Ｚを一律に減算し、ノイズカットデータＩ（ｘ）＝Ｓ（ｘ）−Ｚを得る。ノイズ値Ｚは、読み取りヘッド１０７が読み取った信号値に含まれる凡そのノイズ強度であり、記録装置、インク種、シート種などに応じて、予め適切な値に定められた固定値である。例えば、不吐出が存在しないことが確認されている記録ヘッド１００を用いて記録した画像を読み取りヘッド１０７で読み取り、得られた画像データのノイズ振幅に基づいて事前に設定することができる。図１３（ａ）では、検査信号Ｓ（ｘ）とともにノイズ値Ｚ＝１４を破線で示しており、同図（ｂ）では、ステップＳ２２で得られるノイズカットデータＩ（ｘ）を示している。このノイズカットデータＩ（ｘ）が、本実施形態における確率共鳴処理の入力信号Ｉ（ｘ）となる。

図１２に戻る。ステップＳ２３では、ステップＳ２２で得られたノイズカットデータＩ（ｘ）に対し、上述した確率共鳴処理を施す。すなわち、式７または式８を用いて、確率共鳴データＪ（ｘ）を得る。図１３（ｃ）は、ステップＳ２３で得られる確率共鳴データＪ（ｘ）を示している。なお、ここでは、上記確率共鳴処理を施す際のノイズ強度をＫ＝１２０、閾値をＴ＝１４０とした場合を示している。

更に、ステップＳ２４では、ステップＳ２３で得られた確率共鳴データＪ（ｘ）を用いて、判定処理を実行する。具体的には、確率共鳴データＪ（ｘ）を０〜１のレンジで正規化してＪ´（ｘ）とし、その後正規化データＪ´（ｘ）を予め用意した判定閾値Ｄと比較して、判定閾値Ｄを超えているＪ´（ｘ）を抽出する。図１３（ｄ）では、判定閾値ＤをＤ＝０．３とし、Ｊ´（ｘ）と同じグラフ内に示している。このような判定の結果、図１３（ｄ）の円で示すように、Ｊ´（９）、Ｊ´（３２）、Ｊ´（４６）およびＪ´（９６）が判定閾値Ｄを超えていることが判定され、ｘ＝９、３２、４６、９６が特異部として抽出される。以上で本処理を終了する。その後、図９におけるステップＳ４では、ｘ＝９、３２、４６、９６を、記録素子列に対応づけてＲＡＭ３０２（３１２）などに格納する。

以下、本実施形態の特異部抽出処理の効果について説明する。図１４は、全くノイズが含まれない状態で、ｘ＝９、３２、４６、９６の記録素子が不吐出であることを示すデータである。以下、これを検出対象データｔ（ｘ）と呼ぶ。本発明では、この検出対象データｔ（ｘ）に対し、検査データＳ（ｘ）を基にどれだけ類似した結果を導き出せるかが、特異部抽出処理の目的となる。

ここで、検出対象データｔ（ｘ）に対する相関（類似）の程度を示す相関係数Ｃを定義する。相関係数Ｃは、図１４で示す検出対象データｔ（ｘ）と、図１３（ｄ）で示す確率共鳴処理後の正規化データＪ´（ｘ）との相関の度合いを示す検出性能の評価値であり、以下の式９で表すことができる。

一方、図１３（ｅ）は、図１３（ａ）に示す検査データＳ（ｘ）をそのまま正規化した結果Ｓ´（ｘ）を示す図である。ｘ＝９、３２、４６、９６以外の位置でも、判定閾値Ｄを超えている箇所が存在していることがわかる。すなわち、検査データＳ（ｘ）をそのまま正規化した結果Ｓ´（ｘ）で判定処理を行うと、不吐出では無い箇所も不吐出として抽出されてしまう可能性が高くなる。このようなＳ´（ｘ）の検出対象データｔ（ｘ）に対する相関係数Ｃは、上記式９のＪ´（ｘ）をＳ´（ｘ）に入れかえることによって算出することが出来る。上記の場合、Ｃ＝０．６７５６となった。すなわち、検査データＳ（ｘ）に対し本実施形態の特異部抽出処理を行ったほうが行わない場合よりも、相関係数Ｃを１に近づけることができる。

次に、本発明の特徴である、ステップＳ２２で行ったノイズカット処理の効果について説明する。以上では特異部抽出処理を実行する際に用いるノイズ強度ＫをＫ＝１２０として説明したが、相関係数Ｃの値はこのようなノイズ強度Ｋによっても変化する。

図１３（ｆ）は、同図（ａ）に示す検査データＳ（ｘ）に対し、ノイズ強度をＫ＝１６０とした状態で上記特異部抽出処理を行った結果を示している。図１３（ｄ）に示すノイズ強度をＫ＝１２０とした場合と同様、Ｊ´（９）、Ｊ´（３２）、Ｊ´（４６）およびＪ´（９６）の位置にＪ´（ｘ）のピークは現れている。しかし、全体的なノイズの影響で、上記以外の領域でもＪ´（ｘ）が判定閾値Ｄ＝０．３を超えている箇所が所々存在している。図ではそのような位置を破線円で示している。このため、図１２のステップＳ２４では、実際の白スジ以外の位置も特異部として抽出され、図９のステップＳ４では、そのような記録素子の位置（ｘ）もＲＡＭ３０２（３１２）などに格納される。図１３（ｆ）に示す正規化データＪ´（ｘ）の検出対象データｔ（ｘ）に対する相関係数Ｃを式９に従って求めると、その値はＣ＝０．７３７５となった。すなわち、検査データＳ（ｘ）が図１３（ａ）のような場合、ノイズ強度としてはＫ＝１６０よりもＫ＝１２０の方が好ましいと言える。

図１５は、処理対象信号Ｓ（ｘ）に対し本実施形態の特異部抽出処理を行わなかった場合、ノイズ強度Ｋ＝１２０の下で特異部抽出処理を行った場合、ノイズ強度Ｋ＝１６０の下で特異部抽出処理を行った場合の相関係数Ｃを示す図である。処理対象信号Ｓ（ｘ）が図１３（ａ）のような場合には、当該処理対象信号Ｓ（ｘ）に対しノイズ強度Ｋ＝１２０の下で特異部抽出処理を行う構成が、相関係数Ｃが最も１に近づき、最も適切であるといえる。

以上のようなノイズ強度Ｋは、抽出したい検出信号の想定強度、すなわち読み取りセンサが不吐出部の白スジを読み取ったときに得られる想定強度、に応じて適切に設定されることが理想である。しかしながら、本実施形態で用いるようなインクジェット記録装置の場合、記録ヘッド１００に一定の吐出信号を与えても、個々の記録素子の吐出量は環境温度や環境湿度、また記録ヘッドの使用状況などによって変化する。そのため、シートＰ上に形成される白スジの太さや読み取り結果、ひいてはノイズに対する埋もれ具合も、環境や使用状況に応じて変化する。すなわち、最適なノイズ強度Ｋは使用環境や状況に応じて変化し、逆に言えば、どのようなノイズ強度Ｋを予め用意しても、当該ノイズ強度はその時々の環境や状況に必ずしも最適な値にはならない。

但し、再度図１５を参照するに、ノイズ強度Ｋ＝１６０であっても、その相関係数Ｃ＝０．７３７５は特異部抽出処理を行わなかった場合の相関係数Ｃ＝０．６７５６よりは高く、特異部抽出処理を行う効果は現れている。本発明の特徴でもあるステップＳ２２で行うノイズカット処理は、このような効果に寄与している。すなわち、予め設定されているノイズ強度Ｋが、時々の環境や状況に応じて変化する最適なノイズ強度から多少ずれてしまっても、ステップＳ２２のようなノイズカット処理を行えば、相関係数Ｃをある程度高い値に維持することができるのである。以下、詳しく説明する。

図１６（ａ）および（ｂ）は、確率共鳴閾値をＴ＝１４０に固定しておきながら、ノイズ強度Ｋを０〜６００の範囲で変化させた場合の相関係数Ｃ（Ｋ）を示す図である。横軸はノイズ強度Ｋ、縦軸は相関係数Ｃを示している。図１６（ａ）はステップＳ２２のノイズカット処理を省略した場合、同図（ｂ）はステップＳ２２のノイズカット処理を実行した場合をそれぞれ示している。両図において、破線は特異部抽出処理を行わなかった場合の相関係数Ｃ＝０．６７５６を示している。

いずれの図においても、ノイズ強度Ｋを０から徐々に大きくしていった場合、相関係数Ｃは急激に上昇し、極大値に達した後減少し、一定値Ｃ０に収束している。図１６（ａ）では、このような一定値Ｃ０が特異部抽出処理を行わなかった場合の相関係数Ｃと等しい（Ｃ０＝０．６７５６）。すなわち、ノイズカット処理を実行しない場合、ノイズ強度Ｋを大きくしすぎると、特異部抽出処理を行わなかった場合と同程度の結果しか得られないことになる。

一方、図１６（ｂ）の一定値Ｃ０は、特異部抽出処理を行わなかった場合の相関係数Ｃよりも大きい値（Ｃ０＞０．６７５６）になっている。すなわち、ノイズカット処理を実行すれば、ノイズ強度Ｋが適正値より大きくなってしまっても、特異部抽出処理の効果を得ることができる。図では、相関係数ＣがＣ＞０．６７５６を満たす範囲のノイズ強度Ｋの最小値をＡ、最大値をＢとして示している。この場合、ＡからＢの領域が特異部抽出処理の効果が得られる範囲となる。ノイズカット処理を省略した場合の当該領域の大きさＤはＤ＝Ｂ−Ａ＝８４である。これに対し、ノイズカット処理を実行した場合の当該領域の大きさＤはＤ＝Ｂ−Ａ＝５３０となる。つまり、ノイズカット処理を実行することにより、特異部抽出処理の効果を得ることの出来るノイズ強度Ｋの範囲を広げることができ、ノイズ強度Ｋの変動に対し堅牢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、特許文献１や非特許文献１に様に多数の非線形回路を搭載すること無く、比較的単純な処理によって、入力信号の中から検出対象信号を高精度且つ高速に信頼性の高い状態で抽出することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態においても、図４〜図６で示した複合機６を用い、図７で示した検査用パターン７０１〜７０４に発生する白スジを、図９に示したフローチャートに従って抽出する。但し本実施形態では、ノイズカット処理を施した結果と、ノイズカット処理を施さずに確立共鳴処理を行った結果の積を求め、当該積に基づいて判定処理を行う。

図１７は、本実施形態の画像処理装置１が、ステップＳ３の特異部抽出処理で実行する具体的な工程を説明するためのフローチャートである。本処理が開始されると、画像処理装置１は、まずステップＳ３１にて、図９のステップＳ２でＲＡＭ３１２に格納された多値のＲＧＢデータに基づいて、検査データＳ（ｘ）を生成する。本工程は、図１２のステップＳ２１と同様である。

ステップＳ３２では、ステップＳ３１で生成された検査データＳ（ｘ）に対し、確率共鳴処理を施す。すなわち、式７または式８のＩ（ｘ）をステップＳ２１で生成された検査データＳ（ｘ）に置き換え、確率共鳴データＪ（ｘ）を得る。

ステップＳ３３では、ステップＳ３１で生成された検査データＳ（ｘ）に対しノイズカット処理を行い、ノイズカットデータＩ（ｘ）＝Ｓ（ｘ）−Ｚを得る。

ステップＳ３４では、ステップＳ３２で得られた確率共鳴データＪ（ｘ）と、ステップＳ３３で得られたノイズカットデータＩ（ｘ）を積算し、判定対象データＨ（ｘ）を得る（Ｈ（ｘ）＝Ｊ（ｘ）×Ｉ（ｘ））。

更にステップＳ３５では、ステップＳ３３で得られた判定対象データＨ（ｘ）を用いて判定処理を実行する。具体的には、判定対象データＨ（ｘ）を０〜１のレンジで正規化してＨ´（ｘ）とし、その後Ｈ´（ｘ）を予め用意した判定閾値Ｄと比較して、判定閾値Ｄを超えているＨ´（ｘ）を抽出する。

図１８（ａ）および（ｂ）は、判定対象データＨ（ｘ）に対する判定処理の様子を示す図である。図１８（ａ）はノイズ強度ＫをＫ＝１２０にした場合、同図（ｂ）はノイズ強度ＫをＫ＝１６０にした場合をそれぞれ示している。これら図は、第１の実施形態で説明した図１３（ｄ）と（ｆ）に対応する。どちらの図も、第１の実施形態と同様、Ｈ´（９）、Ｈ´（３２）、Ｈ´（４６）およびＨ´（９６）の位置にＪ´（ｘ）のピークが現れ、白スジの位置が特異点として効果的に抽出されている。

図１９は、処理対象信号Ｓ（ｘ）に対し特異部抽出処理を行わなかった場合、ノイズ強度Ｋ＝１２０の下で本実施形態の特異部抽出処理を行った場合、ノイズ強度Ｋ＝１６０の下で特異部抽出処理を行った場合の相関係数Ｃを示す図である。図１５を参照して説明した第１の実施形態と同様、どちらのノイズ強度Ｋに対応する相関係数Ｃも、特異部抽出処理を行わなかった場合の相関係数Ｃ＝０．６７５６よりは大きく、本実施形態の特異部抽出処理を行う効果が得られている。但し、本実施形態の場合、ノイズ強度ＫをＫ＝１２０とした場合とＫ＝１６０とした場合の相関係数Ｃの差は、第１の実施形態よりも小さくなっている。

図２０は、本実施形態における、ノイズ強度Ｋに対する相関係数Ｃを示す図である。本実施形態においても、第１の実施形態と同様、ノイズ強度Ｋを０から徐々に大きくしていった場合に相関係数Ｃは急激に上昇し、極大値に達した後減少し、一定値に収束している。但し、本実施形態の場合、図１６（ａ）に示した第１の実施形態に比べて極大値の現れ方（微分値の変化）は緩やかである。極大値における相関係数Ｃは第１の実施形態よりも小さいが、収束後の一定値Ｃ０は第１の実施形態よりも大きくなっている。すなわち、本実施形態を採用した場合、ノイズ強度Ｋの変動に対する効果のばらつきを、第１の実施形態よりも小さく抑えることができる。

（その他の実施形態）
以上では不吐出に伴う白スジを例に説明して来たが、上記実施形態は吐出不良に伴う黒スジや濃度ムラなど別の特徴を有する特異点を抽出することもできる。そのような場合には、ステップＳ２の特異部抽出処理工程を、白スジ、黒スジと言った異なる特徴の特異部を検出するために、各種パラメータを交換しながら繰り返し実行すれば良い。例えば、黒スジの場合は、輝度が周囲に比べて小さくなる箇所を特異点として抽出することになる。このような場合には、ノイズ強度Ｋをマイナス値とし、判定閾値Ｄを超えていない箇所（ｘ）を特異点として抽出すれば良い。

無論、記録装置の構成も図５で示したようなフルライン型の記録装置に限定されるものではない。複数の記録素子がＹ方向に配列して成る記録ヘッドをＸ方向に移動させながら記録を行う記録走査と、当該記録走査とは交差する方向にシートＰをｙ方向に搬送する搬送動作を、交互に繰り返すことにより画像を記録するシリアル型の記録装置とすることも出来る。シリアル型の記録装置の場合、記録ヘッドの不吐出は、記録走査と同じ方向（ｘ方向）に延在する白スジとなって現れる。よってこの場合は、図９や図１２で説明した一連の処理を、Ｘ方向について加算処理した結果の検査データＳ（ｙ）に対して行えば良い。また、シリアル型の記録装置の場合は、不吐出に伴う白スジのほか、記録走査と記録走査の間に発生するつなぎスジも特異点として抽出することができる。

また、以上では読み取りヘッド１０７が読み取った画素ごとのＲＧＢデータに対し確率共鳴処理を施す画像処理装置を例に説明してきたが、本発明の信号抽出処理装置はこのような形態に限定されるものではない。例えば、物体の振動や音の変化などのように時間に応じて電流値Ｉ（ｘ）が変位するような入力信号であっても、抽出したい検出対象信号はノイズに埋もれている。このような場合でも、時間軸ｘに対する入力データＩ（ｘ）の中から高精度且つ効率的に検出対象信号を抽出することが出来る。

更に、以上では、図４に見るような複合機６と画像処理装置１が接続してなるシステムを例に説明してきたが、無論本発明はこのような形態に限定されるものではない。本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１ 画像処理装置（信号抽出処理装置）
２ 読み取り部
３ 画像処理部
５ 記録部

Claims (15)

1. 入力データの中から特異的な信号を抽出するための信号抽出処理装置であって、
   前記入力データを取得する取得手段と、
   前記入力データより所定のノイズ値を減算することにより、ノイズカットデータを生成する手段と、
   前記ノイズカットデータに対し所定の確率共鳴処理を実行することにより、確率共鳴データを生成する確率共鳴処理手段と、
   前記確率共鳴データの中から、前記特異的な信号を抽出する抽出手段と、
   を有し、
   前記所定の確率共鳴処理は、前記ノイズカットデータに新たなノイズを付加し２値化処理を施す工程を並列して行った結果を合成する形態において、前記並列の数を無限大にしたときに得られる値を出力する処理であることを特徴とする信号抽出処理装置。
2. 入力データの中から特異的な信号を抽出するための信号抽出処理装置であって、
   前記入力データを取得する取得手段と、
   前記入力データより所定のノイズ値を減算することにより、ノイズカットデータを生成する手段と、
   前記入力データに対し所定の確率共鳴処理を実行した後、前記ノイズカットデータを積算することにより、確率共鳴データを生成する確率共鳴処理手段と、
   前記確率共鳴データの中から、前記特異的な信号を抽出する抽出手段と、
   を有し、
   前記所定の確率共鳴処理は、前記入力データに新たなノイズを付加し２値化処理を施す工程を並列して行った結果を合成する形態において、前記並列の数を無限大にしたときに得られる値を出力する処理であることを特徴とする信号抽出処理装置。
3. 前記所定のノイズ値は、前記特異的な信号が含まれていない場合の前記入力データに基づいて予め定められていることを特徴とする請求項１または２に記載の信号抽出処理装置。
4. 前記抽出手段は、前記確率共鳴データのうち予め定められた判定閾値よりも大きな値を有する信号を前記特異的な信号として抽出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の信号抽出処理装置。
5. 画像を記録するための記録手段と前記画像を読み取るための読み取り手段を更に有し、前記入力データは前記記録手段が記録した画像を前記読み取り手段が読み取ることによって取得されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の信号抽出処理装置。
6. 前記記録手段はインクを吐出する記録素子を複数配列して構成される記録ヘッドを用いて前記画像を記録し、前記特異的な信号は前記記録素子の吐出不良に伴って生成される前記画像の中に含まれる白スジに対応する信号であることを特徴とする請求項５に記載の信号抽出処理装置。
7. 前記抽出手段が抽出した結果に基づいて前記記録手段に対するメンテナンス処理が行われることを特徴とする請求項６に記載の信号抽出処理装置。
8. 前記抽出手段が抽出した結果に基づいて前記記録手段が記録する画像データに対する画像処理が行われることを特徴とする請求項６に記載の信号抽出処理装置。
9. 前記ノイズカットデータに付加される前記新たなノイズは、ホワイトノイズであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の信号抽出処理装置。
10. 前記ノイズカットデータに付加される前記新たなノイズは、正規分布のノイズであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の信号抽出処理装置。
11. 入力データの中から特異的な信号を抽出するための信号抽出処理方法であって、
    前記入力データを取得する取得工程と、
    前記入力データより所定のノイズ値を減算することにより、ノイズカットデータを生成する工程と、
    前記ノイズカットデータに対し所定の確率共鳴処理を実行することにより、確率共鳴データを生成する確率共鳴処理工程と、
    前記確率共鳴データの中から、前記特異的な信号を抽出する抽出工程と、
    を有し、
    前記所定の確率共鳴処理は、前記ノイズカットデータに新たなノイズを付加し２値化処理を施す工程を並列して行った結果を合成する形態において、前記並列の数を無限大にしたときに得られる値を出力する処理であることを特徴とする信号抽出処理方法。
12. 入力データの中から特異的な信号を抽出するための信号抽出処理方法であって、
    前記入力データを取得する取得工程と、
    前記入力データより所定のノイズ値を減算することにより、ノイズカットデータを生成する工程と、
    前記入力データに対し所定の確率共鳴処理を実行した後、前記ノイズカットデータを積算することにより、確率共鳴データを生成する確率共鳴処理工程と、
    前記確率共鳴データの中から、前記特異的な信号を抽出する抽出工程と、
    を有し、
    前記所定の確率共鳴処理は、前記入力データに新たなノイズを付加し２値化処理を施す工程を並列して行った結果を合成する形態において、前記並列の数を無限大にしたときに得られる値を出力する処理であることを特徴とする信号抽出処理方法。
13. 請求項１１または１２に記載の信号抽出処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
14. 画像の中から特異部を抽出するための画像検査装置であって、
    検査の対象となる画像を読み取って入力データを取得する取得手段と、
    前記入力データより所定のノイズ値を減算することにより、ノイズカットデータを生成する手段と、
    前記ノイズカットデータに対し所定の確率共鳴処理を実行することにより、確率共鳴データを生成する確率共鳴処理手段と、
    前記確率共鳴データの中から、前記特異部に相当する信号を抽出する抽出手段と、
    を有し、
    前記所定の確率共鳴処理は、前記ノイズカットデータに新たなノイズを付加し２値化処理を施す工程を並列して行った結果を合成する形態において、前記並列の数を無限大にしたときに得られる値を出力する処理であることを特徴とする画像検査装置。
15. 画像の中から特異部を抽出するための画像検査装置であって、
    検査の対象となる画像を読み取って入力データを取得する取得手段と、
    前記入力データより所定のノイズ値を減算することにより、ノイズカットデータを生成する手段と、
    前記入力データに対し所定の確率共鳴処理を実行した後、前記ノイズカットデータを積算することにより、確率共鳴データを生成する確率共鳴処理手段と、
    前記確率共鳴データの中から、前記特異部に相当する信号を抽出する抽出手段と、
    を有し、
    前記所定の確率共鳴処理は、前記入力データに新たなノイズを付加し２値化処理を施す工程を並列して行った結果を合成する形態において、前記並列の数を無限大にしたときに得られる値を出力する処理であることを特徴とする画像検査装置。

Images