JP3163753B2

JP3163753B2 - 画像処理装置及び画像処理方法

Info

Publication number: JP3163753B2
Application number: JP15382692A
Authority: JP
Inventors: 繁明角谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH05347707A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、離散的コサイン変換
（以下ＤＣＴまたはＤＣＴ変換とする）等手法によって
周波数データに変換された階調画像データから濃度情報
を取得し、該階調画像データの濃度変換量を決定する画
像処理装置および画像処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】階調画像データを出力機器に出力する際
には、画質向上のための濃度変換が広く行われている。

【０００３】例えば、「画像処理ハンドブック」（株式
会社昭晃堂発行）の「１１画像処理の手法（１）前
処理」の章では、原画像の濃度ヒストグラムを調べ、画
像濃度データｚを

【０００４】

【数１】

【０００５】によってｚ’に濃度変換する例が述べられ
ている。この変換により、例えば原画像データがａから
ｂの濃度範囲にあった場合、それがｚ1 からｚk の濃
度範囲のデータになるように変換される。ａ、ｂ、ｚ
1、ｚk の値は、原画像の濃度ヒストグラム、出力装置
の特性等を考慮して、適当な値に決定される。また別の
例としては、図３に示すように、濃度ヒストグラムが平
坦化するような濃度変換を行い、コントラストを強調す
る例等が示されている。

【０００６】また、特開昭６０−１９９２８６号の例で
は、レッド（以下Ｒ）、グリーン（以下Ｇ）、ブルー
（以下Ｂ）の３色成分からなるカラー画像データを扱う
場合に、全色、全画素のついて濃度調査するのではな
く、グリーン成分の一部の画素についてのみ濃度調査
し、それを全体の濃度分布調査の代用とする手法が用い
られている。具体的には、まず０から２５５の値をとる
レッド（以下Ｒ）、グリーン（以下Ｇ）、ブルー（以下
Ｂ）の入力カラー画像データのなかから、Ｇデータにつ
いて、全画素ではなく、１０画素に１画素の割合でサン
プリング調査して求めた輝度分布を全画素の輝度分布の
代わりに用い、累積輝度分布の値が全体の１％のポイン
トをダークポイント（再現される濃度の最高値）ＤＰ、
９９％のポイントをハイライトポイント（再現される濃
度の最低値）ＨＰとし、例えばレッドデータを変換する
場合には、レッドデータをＲ、シアンデータをＣとし
て、

【０００７】

【数２】

【０００８】によって、ＲからＣへの変換、ガンマ補
正、正規化を同時に行う例が述べられている。

【０００９】以上にのべた例ではいずれも、適切な濃度
変換を行うためには、事前の濃度分布調査が必要であ
る。

【００１０】一方、階調画像データは膨大なデータ容量
となるため、圧縮手段により、データ容量を低減した圧
縮画像データを扱う機会が増えている。特に最近、ＤＣ
Ｔなどを用いて空間データを周波数データに変換したの
ちに、データ圧縮する技術が、高画質と高圧縮率を両立
する技術として注目されている。例えば、ＪＰＥＧ（Ｊ
ｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔ
Ｇｒｏｕｐ）規格の例では、８×８画素を１ブロックと
し、１）２次元ＤＣＴ２）ＤＣＴ係数の適当な精度への量子化３）量子化されたＤＣＴ係数のハフマン符号化以上のような手順により、画質劣化が少なく高効率な圧
縮を行っている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】先に示した従来技術で
は、適切な濃度変換を行うためには、濃度変換を行う前
に、画像全体または、画像データの一部について、濃度
または輝度等の分布の事前調査を行う必要があった。特
開昭６０−１９９２８６号の例では、調査結果をヒスト
グラムや累積度数分布の形にせずとも、ハイライトポイ
ントやダークポイントを直接調べるための方法が述べら
れているが、これらの工程も本発明でいうところの「濃
度分布の事前調査」の一種である。

【００１２】しかしながら、ＪＰＥＧ等の複雑な手法で
画像圧縮されたデータを入力データとする場合、以上の
ような濃度分布の事前調査をおこなうためには、事前調
査のためにも圧縮画像の復号化作業をおこなわなければ
ならない、という問題点が生じる。復号化された画像デ
ータは何十倍もの容量となるのが普通で、事前調査時に
復号化した画像データをすべて記憶しておいて、濃度変
換時に再度それを用いるということは、多くの場合、メ
モリ容量の点で困難である。このため、濃度分布調査時
に一度復号化作業を行っているにもかかわらず、濃度変
換時にも、複雑で時間がかかる復号化作業を再度繰り返
さざるおえず、作業時間、工数が増大するという問題点
があった。

【００１３】また、特開昭６０−１９９２８６号の例の
ように、全画像データについて濃度分布調査をおこなう
のではなく、何％かのデータをサンプリングして調査す
る手法を、ＪＰＥＧ等の圧縮画像データに対して適応す
るケースでは、別の問題点も生じる。例えば、８×８画
素を１ブロックとしてデータ圧縮されている中から１画
素分だけサンプリングしたい場合、サンプリングの際に
も復号化作業が必要となるが、その１画素だけを復号化
する場合でも、８×８＝６４個のＤＣＴデータすべてを
参照して復号化演算処理をしなければならないため、サ
ンプル数を減らした割りには効率が上がらない。

【００１４】そこで本発明の目的は、以上のような問題
点を解決するもので、高効率で適切な濃度分調査をおこ
ない、的確な濃度変換をおこなう為の、画像処理装置お
よび画像処理方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の画像処理装置
は、階調画像データを空間周波数成分に変換した周波数
データに対して、該データ中の低周波成分を対象として
濃度分布を調査する濃度分布調査部と、該濃度分布調査
部の調査結果に基づいて前記階調画像データの濃度変換
量を決定する濃度変換量決定手段と、を有することを特
徴とする。また、本発明の画像処理方法は、階調画像デ
ータを空間周波数成分に変換した周波数データに対し
て、該データ中の低周波成分を対象として濃度分布を調
査するステップと、前記調査の結果に基づいて前記階調
画像データの濃度変換量を決定するステップと、を有す
ることを特徴とする。

【００１６】

【実施例】まず、直交変換による画像データ符号化の原
理について簡単に説明しておく。直交変換による変換符
号化は、標本値を相互に直交する座標系に変換すること
によって、標本値間の相関を除去し、効率的な符号化を
実現するものである。また、周波数成分への変換を行
い、パワーが集中し、かつ視覚特性的にも影響力の大き
い低周波成分に多くのビット数を割り当てて、高周波成
分は少ないビット数で量子化することにより、データ圧
縮性を高める。画像を周波数成分に変換する直交変換に
はアダマール変換や、ＤＣＴ等がある。

【００１７】次に、ＤＣＴとその逆変換について、８×
８画素を１ブロックとして符号化する場合の例を、図４
に基づいて説明しておく。原画像データを８×８画素ず
つのブロックに分け、ブロック単位で変換する。各画素
を１ブロック内での相対位置によって、左上の画素を原
点のゼロ番目のデータとして、右方向にｉ番目、下方向
にｊ番目の画素のデータを、ｆ(ｉ，ｊ) （0≦i＜8，0≦j＜8， i，j は整数）のように表わすとする。左上角の原点データはｆ(０、
０)、右下角のデータはｆ(７、７)となる。この時ＤＣ
Ｔ変換されたデータＦ(ｕ，ｖ) （0≦u＜8，0≦v＜8， u，v は整数）は、

【００１８】

【数３】

【００１９】の様になる。

【００２０】Ｆ(０、０)は、画像ブロックの平均データ
に対応する値を表わし、直流成分の意味でＤＣ係数と呼
ばれる。式３の場合は、実際にはブロック内データの平
均値の８倍となる。他の６３要素は、交流成分を表わ
し、ＡＣ係数とも呼ばれる。式３のｕ，ｖの値が大きい
ほど、高周波の成分となる。データ圧縮を行う場合に
は、自然画においては高周波成分ほど値が小さく、かつ
人間の目にも認識されにくくなることを利用し、高周波
成分の下位ビットを切り捨てて少ないビット数で量子化
する。

【００２１】また、Ｆからｆを求める逆離散コサイン変
換（ＩＤＣＴ）は、

【００２２】

【数４】

【００２３】となる。ただし、式４中のｃ(ｕ)，ｃ(ｖ)
の定義は、式３の場合と同様である。では、以下に、本
発明の画像変換装置の実施例を図に基づいて説明する。
図１は、直交変換としてＤＣＴを用いて、８×８画素を
１ブロックとして符号化された画像データを扱う場合の
本発明の１実施例を示す図である。

【００２４】データ入力部１０１には、ＤＣＴ圧縮され
た画像データであるＤＣＴ画像データ１０６が入力され
る。ＤＣＴ画像データ１０６は磁気ディスク記憶装置内
のファイルや通信回線から直接得られる場合もあるし、
ＪＰＥＧ規格等によって圧縮されたデータの復号化過程
で得られる場合もある。データ入力部１０１は、最初の
濃度分布調査工程では、ＤＣＴ画像データ１０６からＤ
Ｃ成分データ１０７のみを選択し、濃度分布調査部１０
２に出力する。式３では、ＤＣ成分Ｆ(０、０)はブロッ
ク内データの平均値の８倍の値になるが、本実施例で
は、ＤＣ成分は、原画像データと同じ８ビット、２５６
階調に量子化して出力されるものとする。次に、濃度分
布調査部１０２は、ＤＣ成分データ１０７を対象に、濃
度分布調査をおこなう。濃度分布調査部１０２の詳細に
ついては、図２を用いて説明する。本実施例では、濃度
分布調査工程の簡略化のために、ＤＣ成分値の分布を、
６４区間に分割する。そのため、濃度分布調査部１０２
は、カウンタ０からカウンタ６３までの６４個のカウン
タ２０２とカウンタ制御部２０１を持つ。カウンタ制御
部２０１は、調査開始前に全てのカウンタの初期値をゼ
ロにしておく。次に、カウンタ制御部２０１はＤＣ成分
データ１０７の値を読み込み、その値がｎ×４以上、ｎ
×４＋３以下（ｎは０以上６３以下の整数）の時はカ
ウンタｎの値を１増やす、というカウント動作を行う。
このカウント動作を全ＤＣ成分データ１０７に対して行
うことで、ｎ番目のカウンタの値が、ＤＣ成分のレベル
がｎ×４以上ｎ×４＋３以下範囲のデータ数を示す
ようになる。これにより、カウンタ２０１内に、下位２
ビットを無視して濃度を６４のエリアに区切った場合
の、ＤＣ成分データ１０７の分布データが得られ、濃度
調査結果１０８として、濃度変換量決定部１０３に出力
される。

【００２５】濃度変換量決定部１０３は、濃度分布調査
部１０２から得られた濃度分布調査結果を基に、最適な
濃度変換量を決定する。

【００２６】濃度分布調査結果をもとに、適切な濃度変
換量を決めるには、多くの手法があるが、本実施例で
は、特開昭６０−１９９２８６号の例のように、高濃度
側から数えた累積輝度分布の値が、全体の１％のポイン
トをダークポイント：ＤＰ、９９％のポイントをハイラ
イトポイント：ＨＰとしてその値をもとめ、それを［従
来の技術］で説明した式１に応用することとする。すな
わち、式１でｂ＝ＤＰ、ａ＝ＨＰ、ｚk＝２５５、ｚ1＝０のように定数を割り当て、濃度変換式式５を決定す
る。

【００２７】

【数５】

【００２８】ただしｚ’＜０の場合にはｚ’＝０、ｚ’＞２５５
の場合にはｚ’＝２５５として、変換結果が８ビットの範囲を越えないようにす
る。

【００２９】濃度変換方法が濃度変換量決定部１０３に
て、式５の形に決定した後、復号化部１０４は、データ
入力部１０１よりＤＣＴ画像データ１０６を読み込み、
先に説明したようなＩＤＣＴ処理によって、周波数デー
タをもとの空間画像データに復号化し、復号化データ１
１０を出力する。

【００３０】最後に濃度変換部１０５は、復号化部１０
４が復号化した画像データに対して、濃度変換量決定部
１０３が決定した濃度変換量に従って、濃度変換演算処
理を行い、適切な濃度変換がなされた濃度変換データ１
１１が出力される。

【００３１】以上の実施例において、濃度変換量決定部
１０３や濃度変換部１０６等における各種の演算処理
は、コンピュータの中央処理装置がソフトウェア演算に
よって行ってもよいし、電子回路による乗算器や加算器
を組み合わせる等の手段で構成した、ハードウェアによ
る演算器を用いてもよい。

【００３２】以上の実施例では、式５のような濃度変換
式に基づく濃度変換を行ったが、出力装置が特定の入出
力特性を持つ場合に、それを補正するような濃度変換処
理を同時に行ってもよい。例えば、特開昭６０−１９９
２８６号での例を示した式２のように、式中に log を
導入して、出力装置に応じたガンマ補正を同時に行って
もよい。

【００３３】また、特開昭６０−１９９２８６号の例の
ように、濃度分布調査部と濃度変換量決定部が一体化し
ていて、分布調査と変換量決定を同時に行うような構成
でもよい。

【００３４】また、以上の実施例では、ＤＣデータは８
ビットの精度で扱い、濃度分布調査は６ビットの精度で
行ったが、これらは任意の精度で行ってよい。また、濃
度変換等の前後で、精度や使用ビット数変化してもよ
い。

【００３５】また、濃度変換量は必ずしも特定の式で示
される必要はない。例えば、図３に示したような濃度分
布ヒストグラム平坦化処理を用いて、濃度分布調査部で
得られたＤＣ成分の分布ヒストグラムを平坦化する、濃
度変換テーブルを求め、その変換テーブルを用いて、復
号化データの濃度変換を行ってもよい。

【００３６】また、濃度分布調査部は、必ずしも全ＤＣ
データを調査する必要はなく、特開昭６０−１９９２８
６号の例のように、適当な方法でサンプリングしたデー
タのみについて調査してもよい。

【００３７】また、以上の実施例では、「濃度」という
言葉を用いたが、これは輝度や明度等、画像の明るさま
たは暗さを示す他のパラメータを対象にしてもよい。

【００３８】以上の実施例は、単色画像での濃度変換の
例であったが、もちろんレッド、グリーン、ブルー等の
複数の色成分データからなるカラー画像に対して本発明
を適応してもよい。その場合、各色成分ごとに、独立し
て本発明の濃度変換を実施してもよいし、特開昭６０−
１９９２８６号の例のように、このうちの一色成分のみ
を対象に濃度分布調査をおこない、その結果決定した濃
度変換量を、すべての色成分に対して適応してもよい。
また、レッド、ブルー、グリーンのＤＣ成分データを、
演算処理によってモノクロ輝度データに変換し、その輝
度データを対象に濃度分布調査を行う等してもよい。

【００３９】また、以上の実施例では、８×８画素を１
ブロックとして、直交変換された画像データの例につい
て述べたが、１ブロックの画素サイズは４×４、１６×
１６等、任意の数でよい。また、１０×１０等、２のべ
き乗以外の数でもよい。

【００４０】以上のように、本発明では、原画像の濃度
分布を直接調査する代わりに、ＤＣＴ画像におけるＤＣ
成分等の、低周波成分を対象に濃度分布調査を行ってい
るが、そのために、調査対象データ量が、大幅に少なく
なっている。図１の実施例のように、８×８画素を１ブ
ロックとした場合には、ＤＣ成分データ数は原画像デー
タ数の１／６４になる。このように、調査対象データ数
が減少するにもかかわらず、調査精度の点で問題が生じ
ないばかりか、むしろ画質向上に寄与することについ
て、以下に説明する。

【００４１】従来技術のように、濃度分布調査用に原画
像データを直接調査する場合には、中間調を多く含む自
然画部分と２階調に近い文字・線画部分が混在した画像
で問題が生じた。すなわち、文字・線画部分に最高およ
び最低濃度画素が集中する場合が多く、そのような場合
に、特開昭６０−１９９２８６号のような濃度変換法で
は、自然画部分があまり考慮されず、文字・線画部分の
特性だけで濃度変換量が決まってしまっていた。

【００４２】本発明では、濃度分布調査の対象に、画像
の低周波成分を用いている。このために、高濃度画素や
低濃度画素があっても、文字部や線画部のように、その
面積が小さかったり幅が狭かったりすると、濃度分布測
定時には中濃度データとして評価する。このため、文字
・線画部の低濃度および高濃度データの影響をあまり受
けず、自然画部分のデータを重視した濃度変換量が得ら
れ、自然画部分の画質が向上する。また、この時、文字
・線画部に対しては、従来方法による場合より、コント
ラスト強調度合が大きくなるが、もともと文字・線画部
分は画質向上のために特にコントラストを強調した方が
好ましいので、これもむしろ画質を向上させる方向に働
く。

【００４３】

【発明の効果】以上にのべたように、本発明の画像変換
装置は、周波数データ中の低周波成分を対象に濃度分布
を調査するよう構成したため、濃度分布の事前調査のた
めに、わざわざ画像の復号化作業をおこなう必要がない
上に、調査対象データ数を大幅に減らすことができるの
で、ＪＰＥＧ等の圧縮画像に濃度補正を施す場合に、濃
度変換量を決定するための工程を大幅に減らすことがで
きる。

【００４４】また、低周波成分の調査結果から濃度変換
量を決定するため、調査対象データ数が減るにもかかわ
らず、中間調部分に対して最適化し、文字・線画部分に
対してはコントラストを強調した、高画質濃度変換が可
能になるという、格別な効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図。

【図２】本発明の濃度分布調査部の一実施例を示す図。

【図３】濃度変換手法の一例を示す図。

【図４】ＤＣＴ変換を示す図。

【符号の説明】

１０２濃度分布調査部１０３濃度変換量決定部１０４復号化部１０５濃度変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/41 - 1/419 G06T 5/00 G06T 9/00 H04N 1/40 - 1/409 H04N 7/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】階調画像データを空間周波数成分に変換
した周波数データに対して、該データ中の低周波成分を
対象として濃度分布を調査する濃度分布調査部と、該濃度分布調査部の調査結果に基づいて前記階調画像デ
ータの濃度変換量を決定する濃度変換量決定手段と、を有する画像処理装置。
【請求項２】前記周波数データが前記階調画像データ
を直交座標変換したデータであることを特徴とする請求
項１記載の画像処理装置。
【請求項３】前記周波数データが前記階調画像データ
を離散的コサイン変換したデータであることを特徴とす
る請求項１記載の画像処理装置。
【請求項４】階調画像データを空間周波数成分に変換
した周波数データに対して、該データ中の低周波成分を
対象として濃度分布を調査するステップと、前記調査の結果に基づいて前記階調画像データの濃度変
換量を決定するステップと、を有する画像処理方法。