JP2790604B2

JP2790604B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JP2790604B2
Application number: JP5299589A
Authority: JP
Inventors: 誠道川中; 光男吉川
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH07152908A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、撮像装置，テレビジ
ョン等の画像や、ファクシミリ，複写機，デジタルスチ
ルカメラ等の画像を、画像ぼけやノイズの少ない見やす
い画像に処理する画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビジョンやフェクシミリ等では、見
やすい画像を得るために、エッジ強調処理により輪郭部
分のぼけを少なくしたり、ノイズ除去処理によりノイズ
の除去を行っている。

【０００３】一般的なエッジ強調処理を説明する。エッ
ジ強調処理は、画像中の高い空間周波数成分の強調によ
り、画像をより鮮鋭にする処理であり、その高域強調フ
ィルタとしては、ｇ＝ｆ（ｉ，ｊ）−∇²ｆ（ｉ，ｊ）＝５ｆ（ｉ，ｊ）−〔ｆ（ｉ＋１，ｊ）＋（ｉ−１，ｊ）＋ｆ（ｉ，ｊ＋１）＋ｆ（ｉ，ｊ＋１）〕がある。ここで∇²ｆ（ｉ，ｊ）はラプラシアンフィル
タで、 ∇²ｆ（ｉ，ｊ）＝ｆ（ｉ＋１，ｊ）＋ｆ（ｉ−１，ｊ）＋ｆ（ｉ，ｊ＋１）＋ｆ（ｉ，ｊ−１）−４ｆ（ｉ，ｊ）である。なお、ｆ（ｉ，ｊ）は、（ｉ，ｊ）の位置の濃
度または色を表す。ｇ（ｉ，ｊ）は、処理後の（ｉ，
ｊ）の位置の濃度または色を表す。

【０００４】また、ノイズは、予期しない画素または画
素の塊として画像中に現れ、点や線の形状を持つ画像中
の高い空間周波数成分であることが多い。このようなノ
イズを除去する処理としては、処理画像の近傍の平均値
をその画素の値とする処理がある。これは、ｇ（ｉ，ｊ）＝〔ｆ（ｉ−１，ｊ−１）＋ｆ（ｉ，ｊ−１）＋ｆ（ｉ，ｊ−１）＋（ｉ−１，ｊ）＋ｆ（ｉ，ｊ）＋ｆ（ｉ＋１，ｊ）＋ｆ（ｉ−１，ｊ＋１）＋ｆ（ｉ，ｊ＋１）＋ｆ（ｉ＋１，ｊ＋１）〕／９である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ぼけた画像
やノイズのある画像を見やすい画像に処理するとき、従
来は、画像全体に同じ処理を施していた。例えば、ぼけ
た輪郭部を明確にするためにノイズを含む画像全体に対
してエッジ強調処理を施したり、ノイズ除去をするため
に輪郭部を含む画像全体に対してノイズ除去処理を施し
ていた。

【０００６】上記のように画像全体に対してエッジ強調
処理を施すと、高い空間周波数成分であるノイズをも強
調するため、ノイズの存在する画像では、見やすい画像
にしたつもりが、見難い画像になってしまう問題があっ
た。また、ノイズのない画像であってもエッジの多い画
像にこの処理を加えると、エッジが目立つきつい感じの
画像になってしまう問題があった。

【０００７】また、画像全体に対してノイズ除去処理を
施すとノイズを低減するだけでなく、画像中の必要な輪
郭をぼかす結果となっていた。なお、ノイズ除去につい
ては、輪郭のぼかしを抑えるための処理方法として次の
ような処理方法を用いることも可能であるが、各々問題
点を有しており、このような処理であっても前記したよ
うに画像全体にノイズ除去処理を施すと次のような問題
を生じていた。

【０００８】一つは、収縮処理と膨張処理とを組み合わ
せた方法である。収縮処理とは処理画素と処理画素の近
傍の値のうち最小値を処理画素の値とする処理で、膨張
処理とは、処理画素と処理画素の近傍の値のうち最大値
を処理画素の値とする処理である。収縮処理、膨張処
理、膨張処理、収縮処理の一連の組み合わせ処理で、ノ
イズを除去できる。また、膨張処理、収縮処理、収縮処
理、膨張処理の一連の組み合わせでも、ノイズを除去で
きる。しかしながら、これらの処理は、２画素以下の幅
からなる線成分が除去されてしまう問題がある。

【０００９】また、メディアンフィルタという、処理画
素近傍の中央値を処理画素の値とする方法もある。これ
は、処理画素と処理画素近傍の９個の画素の値を小さい
順に並べ、５番目の値を処理画素の値とする処理であ
る。しかしこの処理では、１画素からなる線成分が除去
されてしまうことがある。

【００１０】また他の方法としては、孤立点ノイズの画
素のみの処理で、近傍画素の平均値を孤立画素の値にす
る処理がある。しかしこの処理では、線状のノイズは除
去できない問題がある。

【００１１】この発明は、上記のような問題点に鑑み、
画像の輪郭ぼけの問題やノイズの問題を各々単独で処理
でき、全体として見やすい画像となるように処理を行う
画像処理装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、画像データ
を、輪郭画素、ノイズ画素、および非エッジ画素の３種
類の画素に分類する手段と、前記画像データをエッジ強
調調整係数に基づいてエッジ強調処理し、エッジ強調画
像データを求める手段と、前記画像データをノイズ除去
処理してノイズ除去画像データを求める手段と、前記３
種類の画素ごとに、前記エッジ強調画像データ、ノイズ
除去画像データ、および無処理の画像データのうちいず
れかを選択する手段と、前記画像データ中の前記輪郭画
素の割合を求める手段と、該輪郭画素の割合に応じて、
前記エッジ強調処理時のエッジ強調度合いを設定する手
段と、を備えたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】この発明によれば、画像データが輪郭画素，ノ
イズ画素，非エッジ画素の３種類の画素に分類され、そ
の分類された画素ごとにエッジ強調画像データ，ノイズ
除去画像データ，無処理の画像データのいずれかが選択
される。したがって、例えば、輪郭画素ではエッジ強調
画像データを選択してエッジを強調させるようにしても
よいし、無処理の画像データを選択して特にはエッジ強
調を行わない普通の画像としてもよい。ノイズ画素，非
エッジ画素でも同様に、いずれかの画像データを選択す
ることができ、例えば、ノイズ画素にはノイズ除去デー
タを選択してもよいが、無処理の画像データを選択して
もよい。

【００１４】また、この発明では、エッジ強調処理時の
エッジ強調度合いが、画像データ中の輪郭画素の割合に
応じて求められる。つまり、輪郭画素の増減に応じてエ
ッジの強調度合いが変わることになり、例えば、輪郭画
素が多い場合にはエッジの強調度合いが低くなるように
すると、エッジの強調が緩和されて、画像全体がきつく
なってしまうのを防止できる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。

【００１６】図１はこの発明の実施例に係るテレビジョ
ン用の画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
なお、ファクシミリ等の画像を処理する装置もほぼ同様
に構成される。

【００１７】画像処理装置は、画像入力部１、画像処理
部２、画素抽出部３、画像選択スイッチ４、画像統合部
５、画像出力部６を備えている。

【００１８】画像入力部１は、ディジタル化された画像
データ（元画像データ）が入力される部分である。画像
データは、ディジタル化された画素と呼ばれる最小画像
要素により構成され、各画素ごとに濃度を有している。
なお、画素の濃度は、例えば、０〜２５５の２５６階調
で量子化され、０が最低輝度（最高濃度）を表し、２５
５が最高輝度（最低濃度）を表す。

【００１９】画像処理部２は、平滑化部２１、エッジ強
調部２２、ディレイ調整部２３〜２５を含み、３種類の
画像データ、すなわち、入力されたままの無処理の画像
データ（元画像データ）、元画像データのノイズを除去
するとともに平滑化を行ったノイズ除去画像データ、元
画像データの濃い濃度および淡い濃度を強調したエッジ
強調画像データを出力する。

【００２０】平滑化部２１は、画像入力部１から入力さ
れた元画像データに、メディアンフィルタと平滑化フィ
ルタとを施し、元画像データをノイズ除去、および平滑
化することによってノイズ除去画像データを得る。

【００２１】エッジ強調部２２は、元画像データと平滑
化画像データの画像間演算を行い、濃い部分および淡い
部分がより強調されたエッジ強調画像データを得る。こ
れは、次式によって求めることができる。

【００２２】（エッジ強調画像データの画素ａの濃度）＝（１＋ｋ）（元画像データの画素ａの濃度） −ｋ（ノイズ除去画像データの画素ａの濃度）・・・式ここで、ｋは、後述する画素抽出部の輪郭面積算出部に
より得られる、エッジ強調度合いを示す係数（エッジ強
調調整係数）である。また、ａは、画像中の現在処理中
の一つの画素である。

【００２３】ディレイ調整部２３〜２５は、画像処理部
と画素抽出部のディジタル処理による処理の遅延時間の
調整を行う。

【００２４】画素抽出部３は、エッジ画素抽出部３１、
輪郭画素抽出部３２、ノイズ画素抽出部３３、非エッジ
画素抽出部３４、輪郭面積算出部３５、ディレイ調整部
３６〜３９を含み、元画像データを、輪郭画素，ノイズ
画素，非エッジ画素に分類するとともに、前記エッジ強
調調整係数を算出する。

【００２５】まず、元画像データを各画素を輪郭画素，
ノイズ画素，非エッジ画素の３種類の画素に分類する処
理を説明する。この処理は、エッジ画素抽出部３１、輪
郭画素抽出部３２、ノイズ画素抽出部３３、非エッジ画
素抽出部３４によって行われる。

【００２６】エッジ画素抽出部３１は、画像データを微
分フィルタ処理、および２値化処理する。微分フィルタ
には例えば、ソーベルオパレータ、ロバートオパレー
タ、ラプラシアンオパレータ等が用いられる。２値化処
理では、微分フィルタ処理後の濃淡画像データを、予め
設定された閾値で振り分け、エッジ画素を１で表し、非
エッジ画素を０で表す。つまりこの段階で、画像データ
はエッジ画素と非エッジ画素とに分類される。

【００２７】輪郭画素抽出部３２は、上記のエッジ画素
からノイズ画素を除去することで輪郭画素を抽出する。
この実施例ではノイズ画素の除去方法として、端点除去
処理、および孤立点除去処理を用いている。まず、端点
除去処理を図３を参照して説明する。

【００２８】上記のエッジ画素抽出処理により、各画素
はエッジ画素“１”と、非エッジ画素“０”の２値デー
タで表されている。いま、この２値化された画像データ
を３×３のウインドゥで表すと、図３（Ａ）〜（Ｈ）に
示すように、中央の画素を端点とした線状のパターンと
なる場合がある。この実施例では、このようなパターン
のときの中央の画素を線状ノイズの端点と見なし、該中
央画素を“０”に変換する（ノイズを除去する）。

【００２９】なお、画像データが線状である場合にはそ
の線画像もノイズと見なされることになるが、それにつ
いては後述するように、ノイズ画素と見なされた画素
に、エッジ強調画像データ，ノイズ除去画像データ、ま
たは無処理の元画像データのいずれを割り当てるか、を
ユーザが選択することによって線分を除去しないように
もできる。また、この端点除去処理は、繰り返せば繰り
返す程長い線分が除去されるようになるから、その繰り
返し回数Ｎを適宜設定することによって、非常に長い線
分は画像として残し、比較的短い線分はノイズとして除
去するようにもできる。

【００３０】次に、孤立点除去処理を説明する。これは
図４に示すように、３×３画素のウインドゥ処理で中央
の画素に孤立してエッジ画素が存在する場合に、この画
素をノイズとして除去するものである。

【００３１】この実施例では、上記の端点除去処理をＮ
回繰り返した後、孤立点除去処理を１回行う。これによ
り、最長２Ｎ＋１画素長の線状ノイズを除去することが
できる。このように線状ノイズ，孤立点ノイズをノイズ
画素として除去することにより、画像ノイズが非常に多
い画像の場合でもノイズ除去を行うことができる。

【００３２】このように、輪郭画素抽出部３２では、エ
ッジ画素のうちノイズ画素を除去することによって輪郭
画素を抽出する。なお、これによって得られた輪郭画素
は“１”で表される。

【００３３】ノイズ画素抽出部３３は、輪郭画素抽出部
３２により抽出された輪郭画素と、ディレイ調整部３６
を通った後のエッジ画素との画像間演算である排他的論
理和ＸＯＲを行うことにより、輪郭画素抽出部３２で除
去されたノイズ画素を抽出し、該ノイズ画素を“１”で
表す。なお、ディレイ調整部３６は、輪郭画素抽出部３
２のディジタル処理で遅延した画素の調整を行う。ディ
レイ調整部３６により、ノイズ画素抽出部３３におい
て、輪郭画素とエッジ画素の同じ画素位置の演算を行う
ことができる。

【００３４】非エッジ画素抽出部３４は、非エッジ画素
のデータが反転される。これにより、非エッジ画素が
“１”で表される。

【００３５】以上のようにして、画像データが輪郭画
素，ノイズ画素，非エッジ画素の３種類の画素に分類さ
れる。

【００３６】輪郭面積算出部３５は、上記のように分類
された画像データの一つの輪郭領域画像の輪郭画素数を
算出し、その画素数に予め決められた所定を掛けること
で、エッジ強調処理時のエッジ強調調整係数ｋを求め
る。このことから分かるように、係数値ｋは、画像の輪
郭素子の量によって変化する。したがって、この画像強
調調整係数ｋに基づいてエッジ強調処理を行うと、画像
の輪郭素子の量によってエッジ強調度が増加したり減少
することになる。具体的には、輪郭素子数の増加に応じ
てエッジ強調の度合いを小さくすることにより、エッジ
強調を緩和し、目に優しい画像を得るようにする。

【００３７】ディレイ調整部３７〜３９は、画像処理部
２と、画素抽出部３とのディジタル処理による処理の遅
延時間を調整する部分である。

【００３８】画像選択スイッチ４は、スイッチＳＷ１〜
ＳＷ３を含んでいる。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は操作者
によって操作されるものであり、映像統合部５に備えら
れたセレクタ５１〜５３に接続されている。

【００３９】映像統合部５は、前記セレクタ５１〜５
３、画像合成部５４を含んでいる。

【００４０】セレクタ５１には、前記輪郭画素抽出部５
２から出力される輪郭画素のデータと、画像処理部から
出力される元画像データ、ノイズ除去画像データ、およ
びエッジ強調画像データと、前記したスイッチＳＷ１の
出力と、が入力される。セレクタ５１は、輪郭画素のデ
ータが“１”のとき、すなわち、処理中の画素が輪郭画
素であるときに処理を実行する。この処理は、スイッチ
ＳＷ１の選択状態に応じて、その画素の濃度（輝度）の
データとして、元画像データ、ノイズ除去画像データ、
エッジ強調画像データのいずれかを選択して映像合成部
５４へ出力するものであり、例えばスイッチＳＷ１によ
りエッジ強調画像データが選択されているときには輪郭
画素の濃度がエッジ強調処理されたものとなり、スイッ
チＳＷ１により元画像データが選択されているときには
輪郭画素の濃度として画像入力部１から入力されたその
ままの画像データが選択される。

【００４１】このようにセレクタ５１は、輪郭画素に対
して、スイッチＳＷ１で選択された画像データ（元画像
データ，ノイズ除去画像データ，エッジ強調画像データ
のいずれか）を選択して画像合成部５４へと出力する。
なお、輪郭画素以外の画素については、濃度として
“０”が出力される。

【００４２】セレクタ５２もセレクタ５１と同様に構成
されているが、異なる点は、セレクタ５２には、輪郭画
素のデータに代えてノイズ画素抽出部３３から出力され
るノイズ画素のデータが入力され、また、スイッチＳＷ
１の出力に代えてスイッチＳＷ２の出力が入力されるこ
とである。これによってセレクタ５２は、ノイズ画素に
対して、スイッチＳＷ２で選択された画像データ（元画
像データ，ノイズ除去画像データ，エッジ強調画像デー
タのいずれか）を選択して画像合成部５４へと出力す
る。また、ノイズ画素以外の画素については、濃度
“０”を出力する。

【００４３】セレクタ５３もセレクタ５１，５２と同様
に構成されており、セレクタ５３は、非エッジ画素抽出
部３４で抽出された非エッジ画素に対して、スイッチＳ
Ｗ３で選択された画像データ（元画像データ，ノイズ除
去画像データ，エッジ強調画像データのいずれか）を選
択して画像合成部５４へと出力し、非エッジ画素以外の
画素については濃度“０”を出力する。

【００４４】画像合成部５４は上記セレクタ５１〜５３
から入力されたデータを論理和ＯＲで合成する。このよ
うにして合成されたデジタル画像データが画像出力部６
から出力される。

【００４５】なお、この場合の画像データの合成状態と
して、例えば、輪郭画素にエッジ強調画像データ、ノイ
ズ画素にノイズ除去画像データ、非エッジ画素に元画像
データを選択したとすると出力される画像の状態は次の
ようになる。線状のノイズが端点除去処理，孤立点除去
処理によってノイズ画素と判定され、この画素にはノイ
ズ除去画像データが選択されるから線状のノイズでも除
去することができる。輪郭画素にはエッジ強調画素デー
タが入力されるから輪郭部が鮮明になる。また、非エッ
ジ画素では無処理の元画像データが入力され、余分な画
像処理が行われないことになる。このようにノイズ画素
ではノイズ除去された画像データが用いられ、輪郭画素
ではエッジ強調された画像データが用いられ、さらに、
非エッジ画素では余分な処理が行われないため、全体と
して見やすい画像となる。

【００４６】なお、端点除去処理，孤立点除去処理によ
ってノイズと判定された画素が画像の線分であり、その
線分が必要な場合には、ノイズ画素に元画像データ等を
入力することで線分を除去しないようにできる。

【００４７】図２は、この発明の他の実施例を示す画像
処理装置のブロック図であり、カラー画像の画像処理装
置を示している。

【００４８】カラー画像の画像処理装置は、画像入力部
１、画像処理部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ、モノクロ化部７、画
素抽出部３、画像選択スイッチ４、画像統合部５Ｒ，５
Ｇ，５Ｂ、および画像出力部６を備えている。

【００４９】カラー画像の処理装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂの
３原色のカラーの画像データが入力される。この装置で
は、各カラーＲ，Ｇ，Ｂに対して、それぞれ映像処理部
２Ｒ，２Ｇ，３Ｂと、画像統合部５Ｒ，５Ｇ，５Ｂとを
備えている。画像処理部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ内の構成は図
１と同様であり、個別に各カラーの画像データのノイズ
除去処理，エッジ強調処理を行う。なお、エッジ強調処
理時のエッジ強調調整係数ｋは、画素抽出部３において
求められる。画像統合部５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ内の構成も図
１と同様であり、画像選択スイッチ４の選択状態に応じ
て、各画像統合部５Ｒ，５Ｇ，５Ｂごとに個別に各カラ
ーの元画像データ，ノイズ除去画像データ，エッジ強調
画像データを合成して希望する画質の画像データを得
る。そして、合成された結果が画像出力部６からデジタ
ルカラー画像データとして出力される。

【００５０】モノクロ化部７は、画素抽出部３の前処理
部であり、カラー画像Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの元画像データ
の画像間演算、つまり、画素単位の平均画像を作成し、
モノクロ化されたモノクロ化画像データを得る。画素抽
出部３は、このモノクロ化画像データを、図１で示した
処理と同様にして輪郭画素，ノイズ画素，非エッジ画素
の３種類に分類する。また、エッジ強調調整係数を求め
る。

【００５１】このようにしてモノクロ化画像データに基
づいて画像データの画素分類が行われ、この画素分類に
基づいて各カラーごとに画像データの選択（元画像デー
タ，ノイズ除去画像データ，エッジ強調画像データのい
ずれかの選択）が行われる。このように、カラー画像の
場合には、モノクロ画像に変換された状態で画像データ
を輪郭，ノイズ，非エッジの各画素に分類することによ
り、各カラーごとに画素の分類を行う必要がなく、装置
を簡素化することができる。また、この処理により、同
じ画素位置についてはカラーが異なっても、同じ画像デ
ータ（元画像データ，ノイズ除去画像データ，エッジ強
調画像データのいずれか）が選択されるようになるた
め、画像全体として調和がとれた画像となる。

【００５２】

【発明の効果】この発明では、画像データを３種類の画
素に分類して、各種類の画素ごとに画像データを選択す
るために、ノイズ除去，エッジ強調（画像ぼけの補正）
を各々単独で行うことができ、ノイズ画素にエッジ強調
処理がされてしまったり、輪郭画素にノイズ除去処理が
されてしまったりという問題を防止できる。また、画像
データを前記画素の分類とは無関係に一連で処理（エッ
ジ強調処理，ノイズ除去処理）をした後、得られた画像
データを前記画素に選択的にはめ込んでゆくため、装置
自体のコストの低減を図ることができる。

【００５３】また、エッジ強調処理においては、画像デ
ータ中の輪郭画素の割合に応じてエッジ強調処理時のエ
ッジ強調度合いが設定され、例えば、輪郭が多い画像の
場合にはエッジ強調度合いを低くしてエッジがきつくな
り過ぎないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例であり、画像処理装置の概略
ブロック図である。

【図２】この発明の他の実施例であり、カラー画像デー
タを処理する画像処理装置の概略ブロック図である。

【図３】ノイズ除去のための端点除去処理において、中
央画素がノイズと認識されるパターンを示している。

【図４】ノイズ除去たのめたの孤立点除去処理におい
て、中央画素がノイズと認識されるパターンを示してい
る。

【符号の説明】

２画像処理部３画素抽出部４画像選択スイッチ５画像統合部２１平滑化部（ノイズ除去画像データ生成部）２２エッジ強調部（エッジ強調画像データ生成部）３２輪郭画素抽出部３３ノイズ画素抽出部３４非エッジ画素抽出部３５輪郭面積算出部５１〜５３セレクタ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 5/20 G06T 5/00 H04N 1/40 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データを、輪郭画素、ノイズ画素、お
よび非エッジ画素の３種類の画素に分類する手段と、前記画像データをエッジ強調調整係数に基づいてエッジ
強調処理し、エッジ強調画像データを求める手段と、前記画像データをノイズ除去処理してノイズ除去画像デ
ータを求める手段と、前記３種類の画素ごとに、前記エッジ強調画像データ、
ノイズ除去画像データ、および無処理の画像データのう
ちいずれかを選択する手段と、前記画像データ中の前記輪郭画素の割合を求める手段
と、該輪郭画素の割合に応じて、前記エッジ強調処理時のエ
ッジ強調度合いを設定する手段と、を備えたことを特徴とする画像処理装置。