JP2527481B2

JP2527481B2 - 画像の２値化処理装置

Info

Publication number: JP2527481B2
Application number: JP1275600A
Authority: JP
Inventors: 勇司田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPH03136573A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ファクシミリ装置などに設けられる読取装
置などに好適に実施され、読取装置によって読取られた
画像情報を白黒の２値の画素で表現するための画像の２
値化処理装置に関する。

従来の技術ファクシミリ装置などには、原稿像を予め定める画素
単位毎に、その画素の濃淡などに対応して白画素および
黒画素を表す２値の信号として出力するための画像の２
値化処理装置が備えられる。このような画像の２値化処
理装置では、原稿面をたとえば電荷結合素子（略称CC
D）などにて実現される読取りセンサによって走査し
て、その原稿像から予め定める画素毎の濃淡に対応した
レベルを有する画素信号を発生させ、この画像信号のレ
ベルを原稿像の濃淡に対応して設定される弁別レベル
で、白画素と黒画素に対応した２値情報にレベル弁別す
る画像の２値化処理が行われる。

典型的な先行技術では、上述した画像の２値化処理を
行うにあたって平均濃度スライス法と呼ばれる方法が採
られる。この方法では、２値化処理を行うにあたって注
目している特定画素である注目画素を中心として、たと
えば３走査線×16画素などの比較的広い領域にわたる画
素の平均濃度AVEを演算し、注目画素の画像信号Ｓのレ
ベルが、前記平均濃度AVEから予め定められる一定値AVA
以上離れた低レベルの値であれば黒画素と判定し、そう
でなければ白画素と判定する処理が行われる。すなわ
ち、CCDなどから得られる画像信号Ｓは、原稿面からの
反射光量に基づいたものであるため、画像信号Ｓのレベ
ルが低いほど対応する画素は濃く、前記レベルが高いほ
ど淡い。

また第７図に示されるように、平均濃度スライス法に
おける白画素および黒画素判定領域を区分する境界線l1
は、画像信号レベルが下限値S_MINより小さい場合は、平
均濃度AVEに関係なく強制的に黒画素と判定し、上限値S
_MAXより大きい場合は強制的に白画素と判定するように
している。画像信号レベルがS_MIN以上S_MAX以下では平均
濃度AVEより小さければ文字の一部と判定し黒画素と判
定するようにしている。

また白画素および黒画素の各判定領域を形成する境界
線l1が、画像信号Ｓが平均濃度AVEに比例する原点Ｏを
通る直線l2よりも一定値AVAだけ黒画素判定領域に低く
目に設定されているのは、原稿像の背景がたとえば灰色
地などのような着色した原稿面に対して文字や記号など
のキャラクタが黒字で記録されている画像を読取る場合
に、２値化処理された２値情報の階調を白色側に変移さ
せて、ノイズを除去するためである。

発明が解決しようとする課題上述した平均濃度スライス法では、注目画素を中心と
した平均濃度AVEを求めるためにはたとえば３走査線×1
6画素などといった比較的広い領域にわたる平均操作を
行わなければならず、したがって画像信号を一旦ストア
するためのラインバッファメモリの容量が増大し、コス
ト高となる。

第８図（１）において、実線l3は１走査線における画
像信号Ｓの変化を表し、破線l4は平均濃度AVEの変化を
表し、１点鎖線l5は平均濃度AVEから一定値AVAだけ差引
いた閾値レベルSh＝AVE−AVAの変化を示す。第８図
（２）は、従来の平均濃度スライス法による２値化処理
の結果を示す。第８図（３）は、望ましい２値化処理の
結果を示す。

第８図に示されるように、細い線からなる画像を２値
化する場合には、その線幅がたとえばCCDなどの１読取
り単位画素幅よりも小さい場合や、線に沿った方向の画
像信号Ｓから演算される平均濃度AVEに対して、線に沿
った部分的な濃度変化がある場合には、得られる画像信
号Ｓのレベルは充分小さくならず、また平均濃度AVEの
変化に対して画像信号Ｓのレベル変化が大きいと、１本
の連続した細い線であっても２値化処理後の２値画像で
は複数の細い線から成る破線として表現され、いわゆる
線が消えると言った不所望な事態が生じる。

本発明の目的は、入力される画素毎の濃淡に対応した
レベルを有する画像信号について、背景と文字との濃淡
の差が小さな場合であっても鮮明かつ安定した２値化処
理を行うことができる画像の２値化処理装置を提供する
ことである。

課題を解決するための手段本発明は、画素毎の濃淡に対応したレベルを有する画
像信号が与えられる一方の入力端子と、弁別レベルを表
す信号が与えられる他方の入力端子とを有し、前記一方
入力端子からの画像信号を他方入力端子に与えられる弁
別レベルで２値情報にレベル弁別する第１レベル弁別手
段と、画像信号における画素間の微分値を求める微分手段
と、前記微分値を予め定める弁別レベルでレベル弁別する
第２レベル弁別手段と、画素付近における画像信号に応答して、画素付近の濃
淡レベルの平均値を求める平均値演算手段と、第２レベル弁別手段の出力に応答し、前記微分値が弁
別レベルを越えるときには前記平均値を第１レベル弁別
手段の前記他方入力端子に与え、前記微分値が弁別レベ
ル以下であるときには第１レベル弁別手段の他方入力端
子に与える弁別レベルを保持する弁別レベル変化手段と
を含むことを特徴とする画像の２値化処理装置である。

作用本発明に従えば、第１レベル弁別手段は、その一方入
力端子に与えられる画素毎の濃淡に対応したレベルを有
する画像信号を、その他方入力端子に与えられる弁別レ
ベルを表す信号で２値情報にレベル弁別する。

このとき入力画像信号は微分手段によって画素間の微
分値が求められ、この微分値は第２レベル弁別手段にお
いて予め定める弁別レベルでレベル弁別される。また第
１レベル弁別手段によって２値化処理が行われるべき画
素付近における画像信号が平均演算手段に与えられ、前
記画素付近の濃淡レベルの平均値が求められる。

前記平均値は弁別レベル変化手段に与えられ、この弁
別レベル変化手段によって、第２レベル弁別手段からの
出力である前記微分値が予め定められる弁別レベルを越
えたときには前記平均値が第１レベル弁別手段の他方入
力端子に与えられて弁別レベルとして設定され、一方、
前記微分値が弁別レベル以下となったときには、その直
前まで平均値演算手段から弁別レベル変化手段に与えら
れていた弁別レベルを保持して、弁別レベルとして第１
レベル弁別手段の他方入力端子に与える。

このように第１レベル弁別手段の他方入力端子に与え
られる弁別レベルは、一方入力端子に与えられる画像信
号の画素間の微分値が予め定められる弁別レベルを越え
たときにのみ、入力画像信号の対応する画素付近の濃淡
レベルから求められた平均値に従って変化するようにし
たので、文字や記号などのキャラクタの周縁部に対応し
て濃度変化の度合いが大きい領域でのみ、２値化処理を
行う第１レベル弁別手段の弁別レベルが変化する。この
とき文字などの周縁部が検出された後には第１レベル弁
別手段の弁別レベルは変化しにくく、したがって原稿像
が白地の薄い文字や灰色地の黒い文字、あるいは黒字の
白い文字などといった場合でも、文字と背景との境界が
鮮明に、かつ文字が安定して２値化処理されて表現され
る。

実施例第１図は、本発明の一実施例である画像処理装置１の
基本的構成を簡略化して示すブロック図である。原稿２
の原稿像は、蛍光灯などの光源３からの光源光がレンズ
４を介して照射され、その反射光がレンズ５を介して読
取りセンサ７のCCD（電荷結合素子）などで実現される
固体撮像素子などによって読取られて、原稿像に対応し
たアナログ画像信号としてアナログ／デジタル（以下、
「A/D」と略記する）変換回路８に与えられる。アナロ
グ画像信号は、A/D変換回路８によってデジタル画像信
号Ｓに変換されて画像処理回路９に与えられる。

画像処理回路９は、たとえばマイクロコンピュータな
どによって実現され、レンズ５などを含む光学系や撮像
素子６などの特性に対するシェーディング補正などを行
った後、画像信号Ｓに基づいて各画素毎の濃淡に対応し
た２値化処理を行なって２値情報を出力する。

次に、本発明を実施するための基本的構成を１次元の
線画像の場合について以下説明する。線画像の位置をｘ
として、その画像濃度をｆ（ｘ）とし、その位置ｘに対
する１次微分をｆ′（ｘ）とし、さらに位置ｘ付近にお
ける平均濃度をAVE（ｘ）とする。

このとき画像濃度ｆ（ｘ）から２値データＤ（ｘ）へ
の２値化処理を次式に基づいて行う。

ここで、値Shは２値化処理における閾値レベルであ
り、次式の条件に従って設定する。

ｆ′（ｘ）＜L_-またはL₊＜ｆ′（ｘ）ならばSh＝AVE
（ｘ） L_-≦ｆ′（ｘ）≦L₊ならばShは直前の値を保持…（２）ここで、L₊,L_-はL_-＜０＜L₊を満たす定数であり、こ
の第１式および第２式に従って実現される２値化処理に
より得られる２値情報に基づいて適宜設定される値を有
する。

第２図は、上述した本発明の一実施例の基本的構成に
従う画像処理の処理手順を説明するためのフローチャー
トである。A/D変換後の階調データを表すデジタル画像
信号Ｓが画像処理回路９に入力されると、画像処理回路
９はステップn1においてこの画像信号Ｓを図示しないメ
モリに一旦ストアする。

ステップn2においては、入力された画像信号Ｓに基づ
いて画像濃度ｆ（ｘ）、その濃度変化ｆ′（ｘ）および
平均濃度AVE（ｘ）がそれぞれ予め定められる演算式に
基づいて算出される。

ステップn3では、前記濃度変化ｆ′（ｘ）が定数L_-以
上かつ定数L₊以下の範囲であるか否かが判断される。こ
の判断が肯定の場合にはステップn4へ進み、２値化処理
における閾値Shは直前の２値化処理における閾値Shが保
持されてステップn6へ進む。

ステップn3の判断が否定されると、ステップn5におい
て、注目位置ｘにおけるステップn2で求められた平均濃
度AVE（ｘ）が閾値Shに設定されてステップn6へ進む。

ステップn6では、ステップn4またはステップn5におい
て設定される閾値Shで画像濃度ｆ（ｘ）をレベル弁別す
る。すなわち画像濃度ｆ（ｘ）が閾値Sh以上の場合には
ステップn7へ進み、位置ｘの２値出力をＤ＝「０」とし
て出力する。

一方、ステップn6の判断が否定されて画像濃度ｆ
（ｘ）が閾値Sh未満の場合には、ステップn8において２
値出力Ｄ＝「１」が２値情報として出力される。

第３図は、上記第１式および第２式に従う１次元の画
像濃度ｆ（ｘ）の２値化処理を行った結果を示すグラフ
である。本実施例では、画像濃度ｆ（ｘ）の変化が急峻
な位置ｘを、濃度変化ｆ′（ｘ）を予め定めた定数L₊,L
_-を弁別レベルとして判定し、画像における文字の周縁
部であると判定している。

このとき、濃度変化ｆ′（ｘ）が定数L₊を越えて大き
なとき、または濃度変化ｆ′（ｘ）が定数L_-を越えて小
さいときにのみ、２値化処理における閾値レベルShを２
値化処理を行うにあたって注目している特定の画素（注
目画素）に対応する位置ｘを中心とした周辺の平均濃度
AVE（ｘ）としている。また濃度変化ｆ′（ｘ）が定数L
_-以上、定数L₊以下の変化の領域では、閾値レベルSh
は、位置ｘの走査方向に沿って前記領域に入る直前の境
界位置xinにおける平均濃度AVE（xin）が設定される。
またShの初期値としてはｆ（ｘ）の取り得る値の最大値
と最小値の中間の値など、適当な値を設定する。

このように濃度変化ｆ′（ｘ）の絶対値が定数L₊や定
数L_-によって定められる範囲内であれば閾値レベルShを
変化させず一定値に保持するようにするので、２値化処
理後に得られる２値情報は、原稿像に対応して白字の薄
い文字や灰色地の黒い文字、あるいは黒字の白い文字な
どであっても文字と背景との境界が鮮明に表現できる。
また細い線の方向に沿ってその画像濃度が変化しても、
濃度変化ｆ′（ｘ）が所定値（L₊,_-）を越えない場合に
は文字の周縁部として判定されることはなく、したがっ
て安定した画像の２値化処理を行うことができる。これ
によって本発明に従う画像処理装置の高画質化を図るこ
とができる。

次に、上述した１次元の画像濃度の２値化処理を第１
図に示されるようなシート状の原稿２の原稿面を走査し
て原稿像を読取る場合に拡張した２次元の２値化処理を
行う場合について説明する。以下の説明では、原稿２の
原稿面において第１図に示されるようなｘ−ｙ座標系を
設定し、このときの原稿像に対応した画像濃度関数をｆ
（x,y）とする。このときの画像濃度ｆ（x,y）の１次微
分f_xy（x,y）は次式で与えられる。

しかしながら、第１図示の読取りセンサ７の撮像素子
６を構成するたとえばCCDなどからの画像信号から前述
した１次元の場合における１次微分ｆ′（ｘ）を求める
ことは困難であり、さらに上記第３式の演算により２次
元の場合の１次微分f_xy（x,y）を計算することは困難性
があるばかりでなく、たとえばイメージスキャナなどに
おいては特に処理速度の低下およびコスト高が問題とな
る。

そこで第４図に示されるように、注目画素を中心とし
てこれに隣接するたとえば３画素×３画素の注目領域10
を設定する。この注目領域10を構成する複数の画素に対
応する画像信号S_A,S_B,S_C,S_D,S_E,S_F,S_G,S_Hから、ｘ方向
およびｙ方向の画像濃度変化である１次微分df/dx,df/d
yを、次のように注目画素に関して図面上下方向および
左右方向に隣接する各画素に対応した画像信号S_B,S_F,
S_D,S_Hを用いて近似する。

上記第４式によって与えられる濃度変化f_x,f_yについ
て、次式に従って２値化処理における閾値レベルShを設
定する。

f_x＜L_-またはf_y＜L_-、または、L₊＜f_xまたはL₊＜f_y ならばSh＝AVE（x,y） …（５） L_-≦f_x≦L₊かつL_-≦f_x≦L₊ならばShは直前の値を保持ここで、L₊,L_-は、L_-＞０＞L₊の定数であり、AVE（x,
y）は次式で定義される注目画素周辺の平均濃度であ
る。

注目画素に対応する画像信号Ｓの２値化処理は、２値
出力をＤとしたとき上記第５式で設定される閾値Shを用
いて次のように行われる。

第５図は、上述の２次元の場合における画像の２値化
処理手順を説明するためのフローチャートである。ステ
ップm1では、画像信号Ｓが入力される。ステップm2で
は、入力された画像信号Ｓに基づいて、座標（x,y）に
対応する画素の画像濃度ｆ（x,y）、座標（x,y）に対応
する画素を含む第４図に示される注目領域10の濃度変化
f_x,f_yが前記第４式に基づいて、および注目領域10に関
する平均濃度AVE（x,y）が前記第６式に基づいて、それ
ぞれ演算される。

ステップm3では、ステップm2で算出された濃度変化
f_x,f_yが予め定められる一定値L₊,L_-に関して前記第５式
を満足するか否かが判断される。この判断が肯定の場合
にはステップm4へ進み、２値化処理における閾値Shは直
前の画像の２値化処理における閾値Shが保持されてステ
ップm6へ進む。

ステップm3の判断が否定の場合には、ステップm5にお
いて前記第６式によって与えられる注目領域10の平均濃
度AVE（x,y）が閾値Shとして設定されてステップm6へ進
む。

ステップm6では、ステップm4,m5で設定される閾値Sh
を弁別レベルとして画像濃度ｆ（x,y）に対応する画素
の画像信号Ｓがレベル弁別される。この判断が肯定の場
合には、ステップm7においてＤ＝「０」の２値出力が行
われ、ステップm6の判断が否定の場合にはＤ＝「１」の
２値出力が行われる。

第６図は、第３図に示される画像濃度ｆ（ｘ）を１走
査線方向ｘに有する２次元画像に対して前述の２値化処
理を行った場合のグラフである。第６図（１）において
実線l11で示される画像濃度ｆ（ｘ）の変化は、第３図
（１）に示される画像濃度ｆ（ｘ）の変化である実線l6
の各画素毎の階調データを示す。破線l12は、第３図
（３）に示される閾値Shを示す１点鎖線l10の階調デー
タである。また第６図（２）において、実線l13は第３
図（２）に対応する濃度変化ｆ′（ｘ）を示す実線l7の
前記第４式に基く演算結果である。したがって第６図
（３）に示される２値出力Ｄは、第３図（４）に示され
る２値出力Ｄに対応する。

第６図（３）を第３図（４）と比較すれば解るよう
に、第４図に示される注目画素を中心とする注目領域に
ついて、前記第４式〜第６式に従った２値化処理におけ
る閾値Shを設定しても、画像における白画素領域と黒画
素領域との境界領域を充分正確に検出することができ
る。またたとえば、平均濃度を求める領域より大きな文
字があったとしても、一旦その背景と文字との境界領域
が検出されれば、その以降濃度の急激な変化がない限
り、文字部分は黒画素と判定され、白抜けすることはな
い。これは、黒地に白い文字に対しても同様の効果が得
られる。

上記実施例において、２値化処理における閾値Shの取
り得る値に上限および下限などの制限を設定すれば、あ
るレベル以上では強制的に白画素判定され、あるレベル
以下では黒画素判定されることになる。これにより、文
字の背景部分の不要な模様やノイズを除去することがで
きる。

また前記第４式に示されるように、注目画素に対する
上下方向および左右方向に隣接する画素相互間で対応す
る画像信号の偏差をＸ方向およびＹ方向への濃度変化と
しているので、画像の濃度変化が読取りセンサ７におけ
る走査方向（ｘ方向）に対して対称的に上昇する場合と
下降する場合とで同様の２値化処理が行われる。またこ
のように注目画素を挟んだＸ方向およびＹ方向の隣接画
素の差を取っているので、第４式から求まる濃度変化が
大きくなり、文字と背景などとの境界領域が検出されや
すくなるという効果がある。

上記実施例では、Ｘ方向およびＹ方向の濃度変化は、
注目画素の上下方向および左右方向に隣接する各画素
S_B,S_D,S_F,S_Hなどについて取るようにしたけれども、さ
らに注目画素に関する斜め方向に位置する画素の画像信
号S_A,S_E;S_C,S_Gなどを用いた濃度変化を用いるようにし
てもよい。また平均濃度を計算するにあたって上記実施
例では、第６式に従う注目画素付近の単純な相加平均を
取るようにしたけれども、これに限らず、各画像信号S_A
〜S_Hなどに対してそれぞれ重み付けを行った平均を取る
ようにしてもよいし、注目画素に隣接する周囲の８画素
だけでなく、さらに広い注目領域を設定して濃度平均を
取るようにしても本発明の効果が達成できる。

以上説明したように本実施例によれば、注目画素にお
ける平均濃度は注目画素に隣接する比較的狭い注目領域
について取ればよく、したがって平均濃度を求めるため
に準備されるラインバッファメモリのストア容量が少な
くて済み、コストが低減する。また濃度変化が大きい領
域でのみ２値化処理における閾値を平均濃度に従って変
動するようにしたので、白字の薄い文字や灰色地の黒い
文字、あるいは黒地の白い文字などにおいても、背景と
文字との濃淡の差が小さいために文字などを形成する細
い線が切れるといった事態が防止され、画像に対応して
鮮明に、かつ安定した２値化処理を行うことができる。

上記実施例では原稿２に対する読取りセンサ７からの
画像信号に対する画像処理装置１を説明したけれども、
本発明はさらにたとえば映像信号などに基づく画像の２
値化処理装置に関しても広く実施できる。また、画像処
理回路９による２値化処理は、マイクロコンピュータな
どによるプログラム処理だけでなく、電気回路構成によ
るいわゆるハード処理で行ってもよく、これによって処
理速度の向上を図ることができる。

発明の効果本発明によれば、２値化処理のレベル弁別を行う第１
レベル弁別手段においては、その弁別レベルは、入力画
像信号における画素間の微分値が予め定める弁別レベル
以上のときに、２値化処理が行われるべき画素付近にお
ける画像信号に応答して求められた前記画素付近の濃淡
レベルの平均値に従って設定されるようにしたので、原
稿像がたとえば白字の薄い文字や灰色地の黒い文字、あ
るいは黒字の白い文字などといった背景と文字との濃淡
の差が比較的小さな画像であっても、文字の周縁部を鮮
明にかつ安定して検出し２値化することができる。これ
によって画像の２値化処理装置の性能が向上し、得られ
る２値情報の品位が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である画像処理装置１の基本
的構成を簡略化して示すブロック図、第２図は２値化処
理手順を説明するためのフローチャート、第３図は第２
図の処理手順に従う２値化処理結果を示すグラフ、第４
図は２次元の画像における注目画素および注目領域10を
示す図、第５図は画像処理回路９の処理手順を説明する
ためのフローチャート、第６図は第５図の２値化処理手
順に従って得られる結果を示すグラフ、第７図は従来の
平均濃度スライス法における２値化判定領域を示すグラ
フ、第８図は従来のの平均濃度スライス法に従う２値化
処理の結果を示すグラフである。１……画像処理装置、２……原稿、３……光源、4,5…
…レンズ、６……撮像素子、７……読取りセンサ、８…
…A/D変換回路、９……画像処理回路、10……注目領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画素毎の濃淡に対応したレベルを有する画
像信号が与えられる一方の入力端子と、弁別レベルを表
す信号が与えらえる他方の入力端子とを有し、前記一方
入力端子からの画像信号を他方入力端子に与えられる弁
別レベルで２値情報にレベル弁別する第１レベル弁別手
段と、画像信号における画素間の微分値を求める微分手段と、前記微分値を予め定める弁別レベルでレベル弁別する第
２レベル弁別手段と、画素付近における画像信号に応答して、画素付近の濃淡
レベルの平均値を求める平均値演算手段と、第２レベル弁別手段の出力に応答し、前記微分値が弁別
レベルを越えるときには前記平均値を第１レベル弁別手
段の前記他方入力端子に与え、前記微分値が弁別レベル
以下であるときには第１レベル弁別手段の他方入力端子
に与える弁別レベルを保持する弁別レベル変化手段とを
含むことを特徴とする画像の２値化処理装置。