JP2848567B2 - 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、１画素レベルを有する入力画像データを１
画素２値レベルの画像データに２値化処理する画像処理
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、フアクシミリ装置やデジタル複写機等の画
像処理装置における疑似中間処理方式として、誤差拡散
法や平均濃度近似法等が提案されている。

前者の誤差拡散法は、文献R.FLOYD＆L.STEINBERG,“A
N ADAPTIVE ALGORITHM FOR SPATIAL GRAY SCALE",SID 7
5 DIGEST,PP36〜37に開示されている如く、注目画素の
多値画像データを２値化（最濃レベルか又は最短レベル
に変換）し、この２値化レベルと２値化前の多値画像デ
ータとの誤差に所定の重み付けをして注目画素近傍の画
素データに加算するものである。

また、後者の平均濃度近似法は、特開昭57−104396号
に記載されている様に、注目画素近傍の既に２値化され
た２値データを用いて、注目画素を黒又は白に２値化し
た場合のそれぞれの近傍画素との重み付け平均値を求
め、この２つの平均値の平均を閾値として注目画素の画
像データを２値化するものである。

［発明が解決しようとする課題］ 前述した誤差拡散法は、入力画像データと出力画像デ
ータとの画素を補正する方式であるため、入力画像と出
力画像処理装置の濃度を保存することができ、解像度及
び階調性供に優れた画像を提供することが可能である。

しかしながら、入力画像データと出力画像データとの
誤差を補正する際、多くの２次元演算をしなければなら
ず、その処理量の多さにより、ハードウエア構成が大変
複雑になるといつた欠点があつた。

一方、平均濃度近似法は、２値化後の２値データを用
いて演算を行うので、ハードウエア構成を簡素化するこ
とできると共に、極めて少ない処理量のため処理の高速
化を実現することが可能である。

しかしながら、単に注目画素を含めた領域の平均値に
注目画素を近似させて２値化を行うので、階調数が制限
されると共に、なだらかな濃度変化を有する画像に対し
て特有の低周波のテクスチヤが発生し、画質が劣化する
といつた欠点があつた。

さらに前者においても、特に、コンピュータグラフイ
ツク（CG）画像の様に一定濃度値を広い画像領域で有す
る場合に、誤差拡散マスクに基づく周期性が２値画像上
に現われ、画像品位の低下を招いてしまうという欠点が
あつた。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は上述した従来技術の課題に鑑みなされたもの
であり、注目画素の入力画像データを２値化処理済の２
値データから求めた平均値に基づき２値化し、入力画像
データと平均値との差を誤差データとして補正すること
により、階調性及び解像度ともに優れた画像を、簡単な
構成で、短時間に得ることができるとともに、誤差デー
タを補正する為に用いるマスクによる周期性の発生をも
防止することができる画像処理装置の提供を目的とす
る。

そして、係る目的を達成する一手段として例えば以下
の構成を備える。即ち、１画素多値レベルを有する入力
画像データを１画素２値レベルの画像データに２値化処
理する画像処理装置において、注目画像の画像データを
入力する入力手段と、注目画素周辺の２値化処理の終了
している複数画素の２値画像データから所定領域の平均
値を求める平均値演算手段と、前記平均値演算手段によ
り得られた平均値に基づき前記注目画素の画像データを
２値化処理する２値化手段と、前記平均値演算手段で得
られた平均値と前記入力手段で入力した画像データとの
差を誤差データとして複数の入力画素の画像データに分
配する誤差分配手段とを有し、前記誤差分配手段は前記
複数の入力画素の画像データに対する誤差データの分配
率を所定信号に基づき変更することを特徴とする。

［作用］ 以上の構成において、注目画素の入力画像データを２
値化処理済の２値データから求めた平均値に基づき２値
化し、入力画像データと平均値との差を誤差データとし
て補正することにより、階調性及び解像度ともに優れた
画像を、簡単な構成で、短時間に得ることができるとと
もに、誤差データを補正する為に用いるマスクによる周
期性の発生をも防止することができる。

［実施例］ 以下、本発明の係る一実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

［第１実施例］ まず、第１図を参照して本発明に係る一実施例の原理
について説明する。

第１図（Ａ）は入力画像の画素毎の多値濃度を示す図
である。

第１図（Ａ）において、ｆ（i,j）は２値化しようと
する注目画像位置の入力画像の多値濃度データを示し、
正規化された0.1の値とする。

また、破線より上の画素位置はすでに２値化処理が終
了しており、注目画素の２値化後はｆ（i,j＋１）,f
（i,j＋２），…と順次同様の２値化処理が行われる。

第１図（Ｂ）は２値化画像データを表わす図であり、
Ｂ（i,j）は注目画像の２値化後の濃度（“0"又は“1"
の値とする）を示す。破線により囲まれた部分は注目画
素の処理時にすでに２値化処理の行われた画素データで
あり、これらを注目画素の２値化処理の際に用いる。

第１図（Ｃ）は重み付けマスクを表わす図である。Ｒ
は平均濃度を求める重み付けマスクの一例で、３×３サ
イズのマトリクスで表わしている。ここで末２値化画素
に対する重みＲ（0,0）＝Ｒ（0,−１）＝０として用い
る。

本実施例においては、注目画素近傍における２値画像
の重み付き平均濃度をｍ（i,j）とし、次式で求める。

注目画素ｆ（i,j）は、該平均濃度ｍ（i,j）及び既に
割付けられた２値化補正値Ｅ（i,j）を用いて次に示す
一連の式に従い２値化される。

ｆ（i,j）＋Ｅ（i,j）＞ｍ（i,j）のときＢ（i,j）＝
１ ｆ（i,j）＋Ｅ（i,j）≦ｍ（i,j）のときＢ（i,j）＝
０ err＝ｆ（i,j）＋Ｅ（i,j）−ｍ（i,j） e1（i,j＋１）＝K1×err e2（ｉ＋1,j）＝K2×err e3（ｉ＋1,j＋１）＝K3×err 但し、Ｅ（i,j）＝e1（i,j）＋e2（i,j）＋e3（i,j） K1＋K2＋K3＝１ 第２図（Ａ），（Ｂ）に上述した一連の式を図に表
わしたものを示す。

式において、Ｅ（i,j）は注目画素（i,j）の１画素
前つまり画素（i,j−１）の多値濃度ｆ（i,j−１）を２
値濃度Ｂ（i,j−１）に２値化した際に発生する誤差、e
1（i,j）と１ライン前つまり画素（ｉ−1,j）の多値濃
度ｆ（ｉ−1,i）を２値濃度Ｂ（ｉ−1,j）に２値化した
際に発生する誤差e2（i,j）と、該画素の１画素前つま
り画素（ｉ−1,j−１）の多値濃度ｆ（ｉ−1,j−１）を
２値濃度Ｂ（ｉ−1,j−１）に２値化した際に発生する
誤差e3（i,j）を積算した値である。

そこで、この２値化誤差Ｅ（i,j）を注目画素ｆ（i,
j）に加えて補正した値を２値化することにより、入力
画像全域にわたつて平均濃度として２値化後の画像濃度
を完全に保存することとが出来る。

このような２値化誤差を考慮した処理を行うことによ
り上述の平均濃度近似法と比較すると中間調再生能力が
格段に向上する。

又、式において、誤差errを隣接する３画素に分配
する際に用いる分配率K1,K2,K3は、あらかじめ用意した
1/4,1/2,1/4の内から例えば乱数によつて、１画素２値
化毎に変更して用いることにより、２値化画像上で周期
性が発生してしまうのを乱す。

以上説明した様に本実施例における２値化方式によれ
ば、従来の誤差拡散法と比較して処理量が極めて少ない
にもかかわらず、これと同等もしくはそれ以上の像再生
能生力が得られる。これは、前記誤差を隣接する３画素
で補正するのみであるのにもかかわらず、２値化後の複
数データを用いて平均濃度を得ることにより、等価的に
多数画素に誤差を分配して補正するのと同等の効果が得
られるからである。

又、本実施例の特徴的処理方式によれば、上記平均濃
度と入力データ間に発生する誤差errを位置に１体１に
対応する一率の分配率で配分して入力データを補正する
のではなく、乱数的に上記配分率を変化させて補正する
ことにより、誤差補正処理の規則性を乱すことができ
る。このため、特有の低周波のテクスチヤが発生するこ
とが防止でき、画質が劣化するといつたことがなくな
る。

第３図は本実施例の画像処理装置のブロツク図であ
る。

第３図において、入力センサ部Ａは、CCD等の光電変
換素子およびこれ走査する駆動装置より構成され、原稿
の読み取り走査を行なうもので、入力センサ部Ａで読み
取られた原稿の画像データは、逐次A/D変換器Ｂに送ら
れる。A/D変換器Ｂでは各画素のデータを８ビツトのデ
ジタルデータに変換し、256レベルの階調数をもつデー
タに量子化する。次に補正回路Ｃにおいて、入力センサ
部ＡのCCDセンサの感度ムラや、照明光源による照度ム
ラを補正するためのシエーデイング補正等をデジタル演
算処理で行う。

補正回路Ｃでの補正処理済のデータは２値化回路Ｄに
送出される。２値化回路Ｄでは補正回路Ｃより入力した
８ビツトの多値画像データを前述した本実施例方式によ
り１ビツトの２値データに量子化処理する。

プリンタＥはレーザビーム又はインクジエツト方式に
より構成されるプリンタであり、２値化回路Ｄから送ら
れてくる２値データに基づき印刷ドツトをオン／オフ制
御して読み取り画像を記憶紙上に再現する。

上述した第３図に示す２値化回路Ｄの詳細回路図を第
４図に示す。

第４図において、1,2は２値化処理された２値データ
を１ライン分記憶する遅延RAM、３〜７は２値データ、1
1は多値データを１画素遅延させるためのＤタイプのフ
リツプフロツプ（DF/F）、８は注目画素周辺の２値デー
タから所定領域の平均濃度を演算し、注目画素のデータ
を２値化する際の閾値として出力する平均濃度演算RO
M、９は入力された注目画素の多値データと前記平均濃
度演算ROM8から出力された閾値との差errを演算する減
算器、10は入力された注目画素の多値データと前記平均
濃度演算ROM8から出力された閾値とを比較する比較器、
12は誤差メモリ15出力に誤差分配器16より出力される配
分誤差e1と補正回路Ｃから出力される入力データを加算
する加算器、13はDF/F14で１画素分遅延保持された誤差
e3と誤差分配器16より出力される分配誤差e2を加算する
加算器、14は誤差分配器16より出力される分配誤差e3を
１画素分遅延保持するDF/F、15は加算器13で加算された
誤差e2＋e3を約１ライン分遅延保持する誤差メモリ、16
は減算器９から出力される誤差errを３画素に対して分
配する誤差分配器、19は誤差分配器16の画素分配率を制
御する乱数発生器である。

以上の構成において、比較器10は式に基づき２値化
した１ビツトのデータＢ（i,j）を出力する。該２値化
データはライン毎に遅延させるためのRAM2に入力されて
いる。更に、RAM2により１ライン遅延させた２値データ
Ｂ（ｉ−1,j＋１）はRAM1に入力され、以上の２つの遅
延RAM2,1により２ライン遅延させた２値データＢ（ｉ−
2,j＋１）が平均濃度演算ROM8に出力される。

さらに、DF/F3はＢ（ｉ−2,j）、DF/F4はＢ（ｉ−2,j
−１）、DF/F5はＢ（ｉ−1,j）、DF/F6はＢ（ｉ−1,j−
１）、DF/F7はＢ（i,j−１）を平均濃度演算ROM8に出力
する。

上記２値データは第１図に示すように入力画像ｆ（i,
j）に対し周辺画素の２値化画像である。平均濃度演算R
OM8にはあらかじめ式に基づき式に示す２値化閾値
ｍ（i,j）が格納されているので、これらを平均濃度演
算ROM8の入力アドレスに接続すれば、高速に２値化閾値
を得ることができる。

この閾値は減算器９及び比較器10に入力される。

一方、減算器９及び比較器10にはDF/F11よりｆ（i,
j）＋Ｅ（i,j）が入力される。

この２つの入力に基づき演算器９は式における不等
式の両辺の差 err＝ｆ（i,j）＋Ｅ（i,j）−ｍ（i,j）・・・・・ を演算する。

一方、比較器10は上記２つの入力に基づき、ｆ（i,
j）＋Ｅ（i,j）と、ｍ（i,j）を比較し、２値化データ
Ｂ（i,j）を出力する。

また式に基づき、減算器９から出力される誤差err
は誤差分配器16に入力される。

誤差分配器16では乱数発生器19から出力される２ビツ
トの乱数信号に応じて、式に従う３種の分配誤差e1,e
2,e3を出力する。

DF/F14では誤差のうちe3（ｉ＋1,j＋１）を１画素分
遅延保持して、e3（ｉ＋1,j）を出力し、加算器13で同
位置に対するe2（ｉ＋1,j）と加算する。

同加算値は誤差メモリ15に格納すると共に、１ライン
−１画素前に格納されたデータ、つまりe2（i,j＋１）
＋e3（i,j＋１）を読み出し、同位置に対する分配誤差e
1（i,j＋１）と共に入力データｆ（i,j＋１）を加算器1
2で加算し、誤差補正が終了する。

以下上記処理を繰返し行なうことにより２値化処理を
順次行なう。

第５図に本実施例の乱数発生器19と誤差分配器16の詳
細回路を示す。

第５図において、上部に示す乱数発生部19は、合計25
個のDF/F17−１〜17−25と３個の排他的論理和回路（エ
クスクルシブ・オア回路）EX−OR18−1,2,3で構成され
ている。同25個のDF/Fは図示しないプリセツト回路によ
りその出力か全て“0"となる事を防止した、いわゆるＭ
系例符合発生器であり、その周期＝2²⁵−１となる擬似
乱数は各DF/F出力で得られる。

本実施例では、そのうちDF/F17−25出力とその前段DF
/F17−24出力の２ビツトの信号を用いる。

一方、下部に示す誤差分配器16は、４個のマルチプレ
クサ16−1,16−2,16−３及び16−４と、減算器20、加算
器21とで構成されている。

誤差分配器16へ入力された誤差errに対して、ビツト
シフトによつて、それぞれ1/2err,1/4errを求める。1/2
errは加算器21、マルチプレクサ16−１及びマルチプレ
クサ16−３に入力される。1/4errは加算器21、マルチプ
レクサ16−２及びマルチプレクサ16−４に入力される。

加算器21はビツトシフト操作で配分された1/2errと1/
4errとを加算し、減算器20に出力する。減算器20はこの
加算器21よりの加算値と入力されたerrとを減算し、 err−（1/2err＋1/4err） を求める事によつて演算誤差発生を防止した約1/4errに
相当する が得られる。

そしてこの配分誤差1/4errはマルチプレクサ16−１及
びマルチプレクサ16−３に出力する。

従つて、マルチプレクサ16−１及びマルチプレクサ16
−３出力は、乱数発生器19のDF/F17−24の出力信号に応
じて、1/2err が選択され、マルチプレクサ16−2,16−４出力ではさら
に乱数発生器19のDF/F17−25ノ出力信号に応じて、1/2e
rr 1/4errの３種のいずれかが選択される事になる。

以上２ビツトの乱数によつて、e1,e2,e3は分配率の異
なる６通りの分配処理が乱数的に行なえる。

第６図（Ａ），（Ｂ）に本実施例における重みマスク
の一例を示す。

第６図（Ａ）の重みマスクは周囲７画素の２値データ
から平均値を求め、第６図（Ｂ）の重みマスクは周囲12
画素の２値データから平均値を求めるものである。

なお、本実施例においては、第６図（Ａ）に示す重み
マスク１を用いる。そして、実際に入力される６ビツト
画像濃度レベル（０〜63）に、正規化する為に平均濃度
演算演算ROM8のROMテーブルは式で得られた値を63倍
して６ビツト値に変換した値として格納しておく。

しかし、第６図（Ｂ）の重みマスクを用いても全く同
様に平均濃度演算ROM8のROMテーブルに式で得られた
値を基にした所定値を格納しておけば良い。

以上説明した如く本実施例によれば、２値化処理の終
了した２値データのみを用いて平均濃度を演算し、それ
を閾値として入力多値データを２値化処理するので２値
化のための処理量を平均濃度近似法よりも少なくするこ
とができる。

さらに３画素への誤差補正処理はビツトシフト演算で
得られる1/4,1/2の分配率である為、極めて簡単なハー
ドウエアで実施出来、乱数的に該３画素への誤差配分を
変更して行なう事によりこの種の２値化方法特有の周期
的テクスチヤーを防止して２値化が可能となる。

また、誤差拡散法の場合と同様に所定配分率で二次元
的にさらに多い複数の近傍画素に振り分けるようにして
も良い。この場合、ハード構成は多少複雑となるが、主
走査方向とともに副走査方向についても均一な画像を得
ることができ、再現性が向上する。

また、重みマスクは注目画素に近づく程大きくした
が、その傾斜、分布は限定されず、隣接しない離散位置
の画素を用いても良い。

［第２実施例］ 以上説明した実施例は、誤差補正する３画素位置に分
配率が“0"でない値を割り付ける例について説明した
が、本発明は以上の例に限定されるものではなく、例え
ば以下の様に分配してもよい。

即ち、本発明に係る第２実施例においては、誤差の分
配率を共に1/2、1/2とする。そして、乱数的に、例えば
補正位置を（i,j＋１）と（ｉ＋1,j）、又は（i,j＋
１）と（ｉ＋1,j＋１）又は（ｉ＋1,j＋１）と（ｉ＋1,
j）の如く、３位置のうちの２位置を選択して誤差補正
するよう構成することにより、なだらかな濃度変化を有
する画像に対しても、低周波のテクスチヤが発生し、画
質が劣化するといつたことがなく、誤差拡散マスクに基
づく周期性が２値画像上に現われ、画像品位の低下を招
いてしまうということも有効に防止できる。

［第３実施例］ 以上説明した実施例においては、乱数発生器を用いて
低周波のテクスチヤ等の発生を防止したが、本発明が以
上の乱数発生器を用いる例に限定されるものではない。
例えば、注目位置の補正後多値データつまりｆ（i,j）
＋Ｅ（i,j）の下位２ビツトを用いて低周波のテクスチ
ヤ等の発生を防止しても良好な結果が得られる。

又、上記実施例では入力データの種類が１つ（１色）
の場合を説明したが、入力データをR,G,Bの３色をする
ことで、本発明はカラー画像にも適用することができ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、注目画素の入力
画像データを２値化処理済の２値データから求めた平均
値に基づき２値化し、入力画像データと平均値との差を
誤差データとして補正することにより、階調性及び解像
度ともに優れた画像を、簡単な構成で、短時間に得るこ
とができるとともに、誤差データを補正する為に用いる
マスクによる周期性の発生をも防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に係る一実施例における画素毎の
多値画像を示した図、 第１図（Ｂ）は本実施例における画素毎の２値化画像を
示した図、 第１図（Ｃ）は本実施例における画素毎の重み付けマス
クを示した図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は本実施例における２値化処理の
原理を説明するための図、 第３図は本実施例における画像処理装置の構成を示した
ブロック図、 第４図は本実施例の２値化回路の詳細を示すブロツク
図、 第５図は本実施例の第４図に示す誤差分配器及び乱数発
生器の詳細回路図、 第６図（Ａ），（Ｂ）は重みマスクの例を示した図であ
る。 図中、１、２……遅延RAM,3〜7,11,14,17−１〜17−25
……フリツプフロツプ、８……平均濃度演算ROM、9,20
……減算器、10……比較器、12,13,18−１〜18−3,21…
…加算器、15……誤差メモリ、16……誤差分配器、16−
１〜16−４……マルチプレクサ、19……乱数発生器、Ａ
……入力センサ部、Ｂ……A/D変換部、Ｃ……補正回
路、Ｄ……２値化回路、Ｅ……プリンタである。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−209370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−102473（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−155952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−186265（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−136424（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−276969（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 1/40 - 1/409 H04N 1/46 H04N 1/60

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１画素多値レベルを有する入力画像データ
   を１画素２値レベルの画像データに２値化処理する画像
   処理装置において、 注目画素の画像データを入力する入力手段と、 注目画素周辺の２値化処理の終了している複数画素の２
   値画像データから所定領域の平均値を求める平均値演算
   手段と、 前記平均値演算手段により得られた平均値に基づき前記
   注目画素の画像データを２値化処理する２値化手段と、 前記平均値演算手段で得られた平均値と前記入力手段で
   入力した画像データとの差を誤差データとして複数の入
   力画素の画像データに分配する誤差分配手段とを有し、 前記誤差分配手段は前記複数の入力画素の画像データに
   対する誤差データの分配率を所定信号に基づき変更する
   ことを特徴とする画像処理装置。