JP2650759B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は画像処理装置に関し、一層詳細には、連続階
調画像より得られる画像信号にこの画像信号の濃度およ
びコントラストデータに応じて平均化処理を施して、前
記画像信号から好適にノイズの低減を図ることのできる
画像処理装置に関する。

＜従来の技術＞ 連続階調画像をCCD等の固体撮像素子を用いて電気信
号に変換した後フィルム等に再生する場合、前記固体撮
像素子の特性により再生画像上にノイズが混入される場
合がある。再生画像にノイズが混入されると、再生画像
のザラツキまたはムラが生じ、再生画像は見苦しいもの
となってしまう。特に、人間の視覚は、明るさに対して
は対数に近い特性を有しているため、連続階調画像の高
濃度側のシャドウ部と低濃度側のハイライト部に同量の
ノイズが混入された場合であっても、そのノイズレベル
は高濃度側のシャドウ部で大きく感じられ、画質を低下
させる要因となっている。このようなノイズを低減させ
るため、電気信号としての画像信号を平均化する画像処
理方法が知られている。

ところで、連続階調画像の全濃度レベルを平均化して
出力した場合、ノイズの低減化は達成されるがハイライ
ト部における解像度も低下してしまう不都合が生じる。
すなわち、人間の視覚は連続階調画像のシャドー部にお
いて空間的分解能が低い特性を有する一方、ハイライト
部では分解能が高くなる特性を有している。従って、シ
ャドー部ではノイズが好適に低減されるが、ハイライト
部では解像度が低下することになる。

そこで、特開昭第63−156475号公報に開示された装置
では、上述した画像信号の平均化処理をシャドー部側で
のみ行うようにしている。すなわち、この従来技術で
は、連続階調画像より得られる画像信号をシャドー部と
ハイライト部との間に設定した所定の基準値と比較し、
その比較結果に基づきシャドー側の画像信号に対して平
均化を行うように構成している。この場合、シャドー側
では平均化された画像信号によりノイズの目立たない画
像が得られる一方、ハイライト側では平均化処理が行わ
れないため解像度が低下することのない画像が得られ
る。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上記特開昭63−156475号に開示された
画像処理装置では、高濃度側のシャドウ部では周辺画素
との平均化のため高濃度側でのエッジも平滑化されてし
まい、シャープさが劣化する欠点がある。

また、上述の装置では、画像信号に対して平均化処理
を行うか否かの判断を一つの閾値あるいは数個の閾値を
用いて比較手段により判別しているため、得られる再生
画像はシャドー部からハイライト部に移行する部分にお
いて画像の平滑度あるいは鮮鋭度が急激に変化すること
になる。この場合、濃度変化が緩やかな画像において
は、前記閾値の前後の部分で画像に不自然さが生じる不
都合がある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、連
続階調画像より得られた画像信号を平均化処理する際
に、入力画像データの濃度およびコントラストに応じ
て、平均化する周辺画素および重み付け演算係数を決定
し、決定された周辺画素データとの平均化データと、前
記入力画像データとを決定された重み付け演算係数を用
いて重み付け演算を行うことにより、高濃度側のシャド
ー部から低濃度側のハイライト部に至る広範囲において
好適にノイズを低減することができ、特に、高濃度側で
のエッジのシャープさが劣化せず、濃度変化の緩やかな
画像に対して不自然さが生じることのない画像処理装置
を提供することにある。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、本発明は、連続階調画像
より得られた入力画像データを周辺画素データと平均化
してノイズの低減した補正画像データを出力する画像処
理装置において、 注目する画素の前記入力画像データの濃度およびコン
トラストから平均化する当該画素の周辺にある周辺画素
を決定する平均処理決定手段と、 当該画素の前記入力画像データと前記平均処理決定手
段によって決定された前記周辺画素の周辺画素データと
を平均化する平均化処理手段と、 当該画素の前記入力画像データの濃度およびコントラ
ストから重み付け演算係数を決定する重み付け演算係数
決定手段と、 前記重み付け演算係数決定手段によって決定された重
み付け演算係数を用いて前記平均化処理手段によって得
られた平均化データと前記入力画像データとを重み付け
演算する重み付け演算手段とを有することを特徴とする
画像処理装置を提供するものである。

前記重み付け演算手段は、重み付け加算手段であるの
が好ましい。

前記平均化処理決定手段は、予め、定められた周辺画
素との平均化データを選択する手段であるのが好まし
い。

次に、本発明に係る画像処理装置について好適な実施
態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説
明する。

第１図において、参照符号10は本実施態様に係る画像
処理装置が適用される画像読取記録装置を示す。この画
像読取記録装置10では原稿Ｇの連続階調画像が電気信号
に変換された後、網点階調画像としてフィルムＦ上に再
生されるものである。

すなわち、原稿Ｇは図示しない搬送手段による矢印Ａ
方向に副走査搬送されるように構成されており、原稿Ｇ
の連続階調画像は集光光学系12を介して光電変換手段で
あるCCD14によって矢印Ｂ方向に主走査される。CCD14に
よって光電変換され、ゲイン補正などのアナログ補正さ
れた連続階調画像は、クロック発生器16からの主走査ク
ロックφ_ｘに基づきA/D変換器18によりデジタル信号と
しての画像信号Ｓに変換された後、本発明の画像処理装
置からなる画像処理部20に供給される。画像処理部20で
はクロック発生器16からの主走査クロック信号φ_ｘおよ
び副走査クロック信号φ_ｙに基づき前記画像信号Ｓに対
してCCDのシェーディング補正や暗時補正などを施した
後、対数変換処理、階調変換処理、倍率変換処理、平滑
化処理、鮮鋭化処理、網掛処理等の画像処理などを施
し、２値化された網点画像信号Ｒとして画像記録部22に
出力する。画像記録部22は前記網点画像信号Ｒをレーザ
ー光等の光信号に変換しフィルムＦ上に導くことで網点
階調画像の記録を行う。

第２図は、第１図の画像処理部20の構成を示したもの
である。この場合、画像処理部20は、CCD補正回路24、
変換処理回路26、平滑化処理（アンシャープ処理）回路
30、鮮鋭化処理（シャープネス処理）回路32および網掛
処理回路34を備えている。

CCD補正回路24は、固体撮像素子であるCCD14の各画素
毎のばらつきによる受光光量のゆらぎを（照明光のゆら
ぎをも含めて）補正するシェーディング補正および各画
素毎の（光が入射していない時にも存在する）ベースの
ゆらぎを補正する暗時補正などを行うもので、各画素の
受光信号をベースのそろった均一なものとする、例えば
同じ原稿画像濃度であれば同じ画像データ（画像信号）
とするものである。このようなシェーディング補正や暗
時補正は、CCD14での受光信号をA/D変換器18でA/D変換
する前のアナログデータのうちに行ってもよい。この時
CCD補正回路はA/D変換器18の信号伝送の上流側に設けら
れる。また、CCD補正回路24は、後述する対数変換回路
の後に配置し、対数変換後、CCD補正を行ってもよい。

変換回路26は、画像信号を対数変換する対数変換回
路、階調特性（露光量−濃度特性）に対応する画像信号
に変換する階調変換回路および主走査方向の画素密度に
対応する画像信号に変換する倍率変換回路などからなる
もので、画像記録のための信号に変換するものである。

鮮鋭化処理回路32は、画像の輪郭などのエッジを強調
し、鮮鋭化（シャープネス）処理するもので、例えば、
原画像データから平滑化された平滑化画像データの定数
倍を引きアンシャープマスキングをして画像鮮鋭度を増
し、エッジ強調を行うものである。

網掛処理回路34は、画像濃度信号から網点画像信号を
作成するもので、この網点画像信号は、所要の角度およ
び線数に応じて画像濃度を面積変調するものである。こ
の網点画像信号は、画像記録部22に出力される。

以上CCD補正回路24、変換回路26、鮮鋭化処理回路32
および網掛処理回路34は、従来公知の回路を用いること
ができる。

平滑化処理回路30は、本発明の最も特徴とする部分で
本発明の画像処理装置を構成するものの１つであり、入
力画像データと周辺画素データとを平均化して、画像デ
ータ信号中のノイズ低減を図り、補正画像データを得る
ものである。その具体的な一実施例を第３図に示す。

同図に示すように、平滑化処理回路30は、平均化回路
36、マルチプレクサ（MUX）38、合成回路40、レジスタ4
2、減算器44、リミッタ46、ルックアップテーブル（LU
T）48とを有する。

平均化回路36は、今注目している走査行の入力画像デ
ータの画素信号Ｓと１走査行前の対応する画素信号SBと
を受けて、当該画素データと本発明の平均処理決定手段
により決定された所定数の周辺画素データとの平均化を
行うもので、本発明の平均化処理手段を構成する。ここ
では、画素信号ＳとSBから予め平均すべき周辺画素およ
び周辺画素数を複数組決定し、決定された数の画素の平
均化を行い、その複数組の平均値を求めておく。例え
ば、当該画素を含む当走査行の４画素と前走査行の同画
素番号の４画素の計８画素（４×２）の平均値、当走査
行の４画素（４×１）の平均値、当走査行および前走査
行２画素ずつの４画素（２×２）の平均値および当走査
行２画素（２×１）の平均値を平均化データ（当該画素
のアンシャープ信号）ｕ（u₁〜u₄）を平均化回路36で計
算しておく。

平均化する周辺画素の選択は、当該走査行において
は、当該画素と連続する前の画素、後続画素および前後
の画素からその画素数に応じて適宜選択すればよく、ま
た、平均化する周辺画素は、当該走査行とその直前走査
行の２走査行の同じ画素番号の画素に限定されるわけで
はなく、当該走査行とその直後走査行から選択してもよ
いし、その前後の走査行の１行あるいは複数行から画素
数に応じて適宜選択してもよい。

平均化する画素数は、前述の８画素、４画素、２画素
に限定されるわけではなく、当該画素とその周囲に隣接
する８画素（当該行と前後の３走査行の３×３画素）と
の９画素でもよいし、５画素、３画素であってもよい
し、その画素数の組み合わせもどのようなものであって
もよい。

平均化回路36で行う平均化処理は、特に制限的ではな
く、どのような平均であってもよく、単純平均すなわち
相加平均、例えば、平均化画素数をＮ、その画素信号を
S_kとするとき、 で求めてもよいし、２乗平均 を行って求めてもよいが、回路構成の容易さから単純平
均が好ましい。

MUX38は、データセレクタであり、平均化回路36で計
算された複数の平均データｕ（u₁〜U₄）のうちから、LU
T48からのセレクト信号によって、所定の平均データｕ
を選択して合成回路40に入力するものである。

合成回路40は、入力画像データＳと平均化データｕと
をLUT48から決定された重み付け加算係数ｔ（０〜４）
を用いて演算するもので、例えば、 により演算してｕ′を次工程（鮮鋭化処理）に出力する
ものであり、本発明の重み付け演算手段を構成する。

本発明の重み付け演算手段は、上述の式による重み付
け加算を行う重み付け加算手段に限定されるものではな
く、所要の重み付け関数を用いて、重み付け演算を行っ
てもよい。

例えば、 などにより重み付け演算を行ってもよい。ここでa_iは重
み付け演算係数である。

合成回路40は、上述の重み付け演算を実現するもので
あれば、公知の演算回路から構成されるものであっても
よい。

レジスタ42は、当該画素の周囲、例えば直前の画素の
画素信号S_i-1を記録しておくもので、減算器44は、記録
された画素信号S_i-1と当該画素の画素信号、例えばS_iと
の信号差すなわち濃度差S_i-1−S_iを求めるものである。
また、リミッタ46は、減算器44によって求められた濃度
差S_i-1−S_iに絶対値を付けて正数化した後、所定の上限
値以上はリミット処理して、この上限値とするものであ
る。

ここで、レジスタ42、減算器44およびリミッタ46は、
当該画素のコントラスト信号（Ｃ）を求める手段を構成
するが、コントラスト信号Ｃとして画像データと同じビ
ット数を用いる場合はリミッタ46によるリミット処理は
不要である。

LUT48は、入力画像データの濃度およびコントラスト
から、平均化する画素と画素数を決定する本発明の平均
処理決定手段と、重み付け演算に用いられる重み付け演
算係数を決定する重み付け演算係数決定手段とを構成す
るもので、入力画像データの濃度信号Ｄ及びコントラス
ト信号Ｃの値から平均化画素および画素数（平均種類）
を予め記憶されている平均種類選択テーブルの中から読
み取り、この平均化画素パターンに応じたセレクト信号
（Sel）をMUX38へ出力するとともに、重み付け演算係数
ｔを予め記憶されている重み付け係数選択テーブルの中
から読み取って合成回路40へ出力する。

ここで、入力画像データの濃度信号Ｄとコントラスト
信号Ｃの値と選択される平均種類との関係を表わす平均
種類選択テーブルの一例を第4a図に示す。また、重み付
け係数選択テーブルの一例を第4b図に示す。

第4a図に示すように、本発明に用いられる平均種類選
択テーブルでは、ノイズにより再生画像のザラツキやム
ラが目立つ高濃度低コントラストの領域では入力画像デ
ータを平均化し、コントラストが低くなり、濃度が高く
なるほど平均化する画素数を増加させる。また、第4b図
に示すように、本発明に用いられる重み付け係数選択テ
ーブルでは、ノイズによる再生画像にザラツキやムラが
目立つ濃度が高く、コントラストが低い領域になるほ
ど、平均化データｕの重み付け演算係数ｔを増加させ、
平均化しない原画像データＳの重み付けを減少させる。

ここで、濃度データＤは低分解能でも全濃度域を表現
することが重要であり、コントラストデータＣは低コン
トラスト側が重要である。従って本発明においては、画
像データを８ビットで表わしている場合、濃度データＤ
およびコントラストデータＣを８ビットで表わしてもよ
いが、濃度データＤは上位４ビットを使い、コントラス
トデータＣは、リミッタ46によって下位４ビットを用い
ることにより、平均種類選択テーブルと重み付け係数選
択テーブルを第4a図および第4b図に示すようにコンパク
トなものとし、平均種類セレクト信号Selと重み付け加
算係数ｔとの選択を容易に行うことができる。すなわ
ち、濃度データＤは４ビットの16、コントラストデータ
Ｃは４ビットの16であり、16×16の256のポイントに平
均種類のセレクト信号Selと重み付け演算係数ｔを割り
振ることにより両テーブルを作ることができる。

また、第３図に示す例では、平均種類選択テーブルと
重み付け係数選択テーブルを同一のLUT48に記憶させ、
１つのルックアップテーブルからセレクト信号Selと係
数ｔを読み出しているけれども、専用のルックアップテ
ーブルを２つ設け、それぞれ個々に読み出すように構成
してもよい。

また、LUT48は以上のように構成すればよいが、本発
明は第4a図および第4b図に示すものに限定されず、ま
た、濃度データＤおよびコントラストデータＣも上述の
ものに限定されるわけではなく、処理する画像データ、
目的とする再生画像に必要なデータ、平均化処理法に応
じ適宜決定すればよい。

本発明に係る画像処理装置が適用される画像読取装置
は基本的には以上のように構成されるものであり、次に
その作用について説明する。

まず、第１図に示すように、CCD14は矢印Ａ方向に副
走査搬送される原稿Ｇの連続階調画像を集光光学系12を
介して矢印Ｂ方向に主走査することで電気信号に変換す
る。次 いで、電気信号に変換された連続階調画像は、
クロック発生器16からの主走査クロックφ_ｘに基づきA/
D変換器18によってデジタル信号に変換され、画像信号
Ｓが得られる。この画像信号Ｓは画像処理部20に伝送さ
れ、第２図に示すように、CCD補正回路24でシェーディ
ング補正および暗時補正され、変換処理回路26で対数変
換、階調変換、倍率変換などの変換処理を行った後、第
３図に示す平滑化回路30に入力される。

平滑化処理回路30においては、８ビットの入力画像デ
ータ信号Ｓは、平均化回路36、合成回路40、レジスタ4
2、減算器44およびLUT48に入力される。平均化回路36に
おいては、この信号Ｓと１走査行前の画像データ信号SB
とにより、４画素×２走査行、４画素×１行、２画素×
２行および２画素×１行の４種類の平均データｕ（u₁〜
u₄）が計算され、これらのデータはMUX38に出力され
る。レジスタ42に記録されていた１画素前の画像データ
は減算器44に伝送され、減算器44において入力された当
該画素の画像データとの間で減算され、リミッタ46で絶
対値が求められ、下位４ビットのコントラスト信号Ｃと
される。一方、直接入力される原画像データＳは上位４
ビットの濃度信号Ｄとされ、この濃度信号Ｄは上述のコ
ントラスト信号ＣとともにLUT48に入力される。

LUT48は、第4a図および第4b図に示すような平均種類
選択テーブルと重み付け係数選択テーブルを有してお
り、LUT48では濃度信号Ｄおよびコントラスト信号Ｃに
応じて、平均する画素と画素数、すなわち平均種類、４
×２、４×１、２×２および２×１を選択し、そのセレ
クト信号Selおよび重み付け演算係数ｔを決定し、セレ
クト信号SelはMUX38に、前記係数ｔは合成回路40に送ら
れる。

MUX38では、平均データu₁,u₂,u₃,u₄のうちからLUT48
からのセレクト信号Selに応じて一つが選択され、平均
データｕとして合成回路40に送られる。

合成回路40では、平均データｕと直接入力される原画
像データＳとを重み付け演算係数ｔを用いて を演算し、８ビットの平滑化信号ｕ′を得ることができ
る。

こうして得られた平滑化信号ｕ′は、高濃度低コント
ラストのシャドー部では平均化データｕを得るための画
素数も多く、重み付け係数ｔも大きいので、多数の周辺
画素と十分に平均化された信号となり、十分にノイズ低
減がなされているので、この信号ｕ′を用いて記録され
た再生画像には、シャドー部におけるザラツキやムラが
生じない高画質画像となる。

また、低濃度および／または高コントラスト部分、例
えばハイライト部分では、平均化せず、原画像データＳ
を用いて再生画像を得るので、ハイライト部での平滑化
による画像解像度の低下やエッジの劣化などのない高解
像度のシャープな画像となる。

また、高濃度低コントラスト部分から低濃度高コント
ラスト部分との間の中間部分では、平均化する画素数や
平均データに乗ずる重み付け係数ｔを徐々に少しずつ減
らして、平滑化データｕ′を得るので、この信号ｕ′を
用いて得られた再生画像は、ノイズも低減され、解像度
もありエッジの劣化も少ない画像であり、シャドー部と
コントラスト部との間の平滑化の度合を少しずつ低下さ
せたものになっているため、再生画像に不自然さを生じ
ない。

このような平滑化信号ｕ′は、平滑化処理回路30から
鮮鋭化処理回路32によって輪郭強調、エッジ強調などの
処理を施された後に、印刷のための網掛処理回路34によ
って、画像濃度に応じて最適かつ高精度に網点の面積に
対応したパルス幅変調信号に変換され、網点画像信号Ｒ
として、画像記録部22に出力される。

次いで、画像記録部22において、前記網点画像信号Ｒ
に基づいてフィルムＦ上に網点画像を形成する。

こうして得られたフィルムＦ上の再生網点画像は、高
濃度側では濃度のザラツキやムラがなく、低濃度側では
解像度や鮮鋭度が高く、中間濃度では、濃度およびコン
トラストに応じて平滑化処理の程度が徐々に変化してい
るので、高濃度側から低濃度側への解像度や鮮鋭度の変
化が自然でノイズ低減がされた画像である。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明し
たが、本発明はこの実施態様に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良
並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

＜発明の効果＞ 以上詳述したように、本発明によれば、入力画像デー
タの濃度とコントラストに応じて、平滑化するための周
辺画素の種類および画素数を選択し、また重み付け演算
を行って、高濃度低コントラスト部ではノイズ低減のた
めの平滑化の度合を大きくし、低濃度高コントラスト部
に移行するに従って平滑化の度合を小さくしてゆくこと
により、高濃度側での再生画像のザラツキやムラがな
く、低濃度高コントラスト部でも解像度や鮮鋭度の劣化
がなく、高濃度部から低濃度部に至る平滑化処理がごく
自然に行われ、不自然な再生画像を生じることのない画
像信号を得ることができる。

従って、本発明の画像処理によって処理された画像信
号は、鮮鋭度すなわちシャープさの劣化を抑え、ノイズ
の低減が十分になされた画像信号であり、高精度の網点
生成が必要で高画質が要求される印刷用画像の形成にも
好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る画像処理装置が適用される画像
読取記録装置の概略構成図である。 第２図は、第１図に示す画像処理部の一実施例の構成ブ
ロック図である。 第３図は、第２図に示す平滑化処理回路の一実施例の構
成ブロック図である。 第4a図および第4b図は、それぞれ、本発明に用いられる
ルックアップテーブルに記憶されている平均種類選択テ
ーブルおよび重み付け係数選択テーブルである。 符号の説明 10……画像読取記録装置、 14……CCD、 20……画像処理部、 24……CCD補正回路、 26……変換処理回路、 30……平滑化処理回路、 32……鮮鋭化処理回路、 34……網掛処理回路、 36……平均化回路、 38……マルチプレクサ、 40……合成回路、 42……レジスタ、 44……減算器、 46……リミッタ、 48……ルックアップテーブル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続階調画像より得られた入力画像データ
   を周辺画素データと平均化してノイズの低減した補正画
   像データを出力する画像処理装置において、 注目する画素の前記入力画像データの濃度およびコント
   ラストから平均化する当該画素の周辺にある周辺画素を
   決定する平均処理決定手段と、 当該画素の前記入力画像データと前記平均処理決定手段
   によって決定された前記周辺画素の周辺画素データとを
   平均化する平均化処理手段と、 当該画素の前記入力画像データの濃度およびコントラス
   トから重み付け演算係数を決定する重み付け演算係数決
   定手段と、 前記重み付け演算係数決定手段によって決定された重み
   付け演算係数を用いて前記平均化処理手段によって得ら
   れた平均化データと前記入力画像データとを重み付け演
   算する重み付け演算手段とを有することを特徴とする画
   像処理装置。