JP3603906B2 - 画像信号2値化処理装置および方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、誤差拡散法を用いた画像信号2値化処理装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
2値表示のみ可能な表示装置やプリンタ装置を用いて階調画像を再現する際、多値画像信号である階調画像信号を“0”および“1”の信号からなる2値画像信号に変換する処理が行われる。この場合、2値化処理方法として、誤差拡散法がある。
【0003】
誤差拡散法は、入力画素の多値画像信号を閾値信号と比較して2値化する際、2値化により発生した誤差を前記入力画素の近傍画素に分配加算し、この加算された多値画像信号を入力画素の新たな多値画像信号として逐次的に2値化を行うものである。
【0004】
入力画素の多値画像信号をI(x,y) (x を主走査方向の位置、y を副走査方向の位置とする)、2値化された2値画像信号をP(x,y) とすると、2値化誤差信号E(x,y) は、
E(x,y) =I(x,y) −P(x,y) ……(1)
として求められる。そこで、(1)式の2値化誤差信号E(x,y) は、
I(x+1,y) =I(x+1,y) +E(x,y) ×A
I(x−1,y+1) =I(x−1,y+1) +E(x,y) ×B
I(x,y+1) =I(x,y+1) +E(x,y) ×C
I(x+1,y+1) =I(x+1,y+1) +E(x,y) ×D……(2)
として近傍画素に拡散され、入力画素の多値画像信号I(x,y) に置き換えられる。そして、置き換えられた前記多値画像信号I(x,y) を所定の閾値信号と比較することにより、2値画像信号P(x,y) が得られる。なお、(2)式において、A、B、C、Dは、2値化誤差信号E(x,y) を所定の割合で拡散するための誤差拡散係数である。
【0005】
以上のようにして多値画像信号を2値画像信号に変換する誤差拡散法では、網点画像や写真等の連続階調画像が良好に再現され、特にモアレの発生が好適に抑制される効果がある。しかしながら、誤差拡散係数A、B、C、Dの設定の仕方等によって、2値化された画像に独特の縞模様が発生したり、特定の濃度レベル領域にテクスチャが発生する不具合があった。
【0006】
そこで、前記の不具合を回避するため、乱数を用いて前記誤差拡散係数A、B、C、Dをランダムに切り換え、2値化誤差信号E(x,y) に作用させることにより、テクスチャの少ない画像を再生するようにした技術が提案されている(画像電子学会誌、1991年第20巻第5号、第443頁〜第449頁参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術では、テクスチャが発生しないような領域、例えば、低濃度領域や高濃度領域の画像に対しても乱数による処理がされてしまうため、その領域において画像のざらつき感が増大してしまう不具合が生じてしまう。
【0008】
そこで、本発明は、前記の不具合を解消し、誤差拡散法により画像を2値化する際、テクスチャの発生を抑制するとともに、ざらつき感のない良好な画像を生成することのできる画像信号2値化処理装置および方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、多値画像信号を所定の閾値信号と比較し、2値画像信号を生成する比較手段と、
前記多値画像信号と前記2値画像信号との差から誤差信号を求める誤差信号算出手段と、
前記誤差信号を当該多値画像信号の周囲の多値画像信号に対して拡散させるための誤差拡散係数を記憶する記憶手段と、
乱数を発生する乱数発生手段と、
前記乱数に対して重み付けをするため、前記多値画像信号の値に応じ、中間濃度域で寄与率が大きく、高濃度域および低濃度域で寄与率が小さくなるように連続的に変化する重み付け係数を発生する重み付け係数発生手段と、
を備え、前記誤差拡散係数により拡散された前記誤差信号と、前記重み付け係数により重み付けられた前記乱数とを用いて、前記多値画像信号を修正することを特徴とする。
【0010】
また、本発明では、多値画像信号を所定の閾値信号と比較し、2値画像信号を生成する比較手段と、
前記多値画像信号と前記2値画像信号との差から誤差信号を求める誤差信号算出手段と、
前記誤差信号を当該多値画像信号の周囲の多値画像信号に対して拡散させるための誤差拡散係数を記憶する記憶手段と、
乱数を発生する乱数発生手段と、
前記乱数に対して重み付けをするため、前記多値画像信号の値に応じ、中間濃度域で寄与率が大きく、高濃度域および低濃度域で寄与率が小さくなるように連続的に変化する重み付け係数を発生する重み付け係数発生手段と、
を備え、前記誤差拡散係数により拡散された前記誤差信号を用いて前記多値画像信号を修正するとともに、前記重み付け係数により重み付けられた前記乱数を用いて前記閾値信号を修正することを特徴とする。
【0011】
また、本発明では、多値画像信号を所定の閾値信号と比較し、2値画像信号を生成する第1ステップと、
前記多値画像信号と前記2値画像信号との差から誤差信号を求める第2ステップと、
所定の誤差拡散係数により前記誤差信号を拡散処理する第3ステップと、
乱数を発生する第4ステップと、
前記多値画像信号の値に応じ、中間濃度域で寄与率が大きく、高濃度域および低濃度域で寄与率が小さくなるように連続的に変化する重み付け係数により前記乱数に対して重み付けをする第5ステップと、
前記誤差拡散係数により拡散された前記誤差信号と、前記重み付け係数により重み付けられた前記乱数とを用いて、前記多値画像信号を修正する第6ステップと、
からなることを特徴とする。
【0012】
さらに、本発明では、多値画像信号を所定の閾値信号と比較し、2値画像信号を生成する第1ステップと、
前記多値画像信号と前記2値画像信号との差から誤差信号を求める第2ステップと、
所定の誤差拡散係数により前記誤差信号を拡散処理する第3ステップと、
乱数を発生する第4ステップと、
前記多値画像信号の値に応じ、中間濃度域で寄与率が大きく、高濃度域および低濃度域で寄与率が小さくなるように連続的に変化する重み付け係数により前記乱数に対して重み付けをする第5ステップと、
前記誤差拡散係数により拡散された前記誤差信号を用いて前記多値画像信号を修正するとともに、前記重み付け係数により重み付けられた前記乱数を用いて前記閾値信号を修正する第6ステップと、
からなることを特徴とする。
【0013】
【作用】
本発明の画像信号2値化処理装置および方法では、多値画像信号を閾値信号と比較して2値画像信号を得、この2値画像信号と前記多値画像信号との差を誤差信号として前記多値画像信号を修正する際、前記誤差信号を周囲画素に対して拡散する誤差拡散係数の規則性を、乱数によってランダム化するとともに、前記ランダム化の程度を前記多値画像信号に応じて設定することにより、特定の濃度領域でのテクスチャの発生を抑制し、且つ、ざらつき感の発生を無くすることができる。
【0014】
また、前記閾値信号をランダム化するとともに、その程度を多値画像信号に応じて設定することによっても、同様の効果を得ることができる。
【0015】
【実施例】
図1は、本実施例の画像信号2値化処理装置である誤差拡散処理回路10の構成を示す。
【0016】
この誤差拡散処理回路10は、多値画像信号I(x,y) を記憶する多値画像メモリ12と、前記多値画像信号I(x,y) と所定の閾値信号THとを比較し、2値画像信号P(x,y) を生成する比較器14(比較手段)と、前記多値画像信号I(x,y) と前記2値画像信号P(x,y) との差を誤差信号E(x,y) として記憶する誤差メモリ16と、前記誤差信号E(x,y) に乗算される誤差拡散係数W(k,l) を記憶する誤差拡散係数メモリ18(記憶手段)と、前記多値画像信号I(x,y) に応じた重み付け係数f(I(x,y) )を発生する重み付け係数発生器20(重み付け係数発生手段)と、前記重み付け係数f(I(x,y) )に対して乗算される乱数R(x,y) を発生する乱数発生器22(乱数発生手段)とを備える。ここで、x は、画像の主走査方向の位置、y は、画像の副走査方向の位置である。なお、誤差信号E(x,y) は、減算器24(誤差信号算出手段)により多値画像信号I(x,y) と2値画像信号P(x,y) との差信号として求められ、誤差信号E(x,y) と誤差拡散係数W(k,l) とは、累積加算器26により累積加算されて加算器28に加算される。また、前記加算器28には、乗算器30により乗算された信号f(I(x,y) )・R(x,y) が加算される。さらに、前記加算器28の出力は、加算器32において多値画像信号I(x,y) に加算される。
【0017】
次に、前記の構成からなる誤差拡散処理回路10の動作について説明する。
【0018】
多値画像信号I(x,y) は、一旦、多値画像メモリ12に記憶された後、加算器32を介して比較器14に供給される。比較器14では、前記多値画像信号I(x,y) が所定の閾値信号THと比較され、2値画像信号P(x,y) が生成される。なお、多値画像信号I(x,y) と2値画像信号P(x,y) との関係は、次の(3)式で規定される。
【0019】
比較器14より出力された前記2値画像信号P(x,y) は、減算器24に供給され、
E(x,y) =I(x,y) −P(x,y) ……(4)
となる誤差信号E(x,y) が求められ、誤差メモリ16に記憶される。なお、(4)式の演算では、例えば、多値画像信号I(x,y) が8ビットデータである場合、2値画像信号P(x,y) を、
のように8ビットデータに換算して演算を行うものとする。
【0020】
次に、前記誤差メモリ16に記憶された誤差信号E(x,y) に対して、誤差拡散係数メモリ18に記憶された誤差拡散係数W(k,l) を累積加算器26において累積加算し、次の(5)式で示す拡散誤差信号ΔE(x,y) を得る。なお、k 、l は、(x,y) で特定される画素の周囲画素の範囲を表す。
【0021】
【数1】
【0022】
一方、乱数発生器22により生成された乱数R(x,y) と、重み付け係数発生器20により生成された重み付け係数f(I(x,y) )とは、乗算器30において乗算され、加算器28に供給される前記拡散誤差信号ΔE(x,y) と加算される。この場合、前記重み付け係数f(I(x,y) )は、図2に示すように、例えば、多値画像信号I(x,y) の高濃度域および低濃度域で乱数R(x,y) の寄与率を小さくし、中間濃度域で乱数R(x,y) の寄与率が大きくなるように設定されている。そして、前記加算器28の出力は、加算器32において多値画像信号I(x,y) と加算され、次の(6)式で示すように修正される。
【0023】
I(x,y) =I(x,y) +ΔE(x,y) +f(I(x,y) )・R(x,y) ……(6)
修正された多値画像信号I(x,y) は、比較器14において閾値信号THと比較され、2値画像信号P(x,y) として出力される。
【0024】
この場合、拡散誤差信号ΔE(x,y) に用いた誤差拡散係数W(k,l) の周期性は、乱数R(x,y) を多値画像信号I(x,y) に対して作用させることで希釈化されている。しかも、前記乱数R(x,y) が多値画像信号I(x,y) に応じて図2に示す重み付け係数f(I(x,y) )により重み付けされているため、例えば、中間濃度域での画像のテクスチャが低視認化されるとともに、高濃度域および低濃度域において画像にざらつき感が生じることがない。そして、多値画像信号I(x,y) の誤差は、(x−k,y−l) の範囲にある近傍の他の多値画像信号に基づいて拡散され、モアレ等の発生することのない良好な2値画像信号P(x,y) が得られる。
【0025】
なお、図3に示すように、重み付け係数発生器20からの重み付け係数f(I(x,y) )と、乱数発生器22からの乱数R(x,y) とを乗算器34により乗算し、加算器36を介して閾値信号THに加算するようにしても良い。この場合、多値画像信号I(x,y) は、
I(x,y) =I(x,y) +ΔE(x,y) ……(7)
と修正される。そして、2値画像信号P(x,y) は、
として求めることができる。
【0026】
また、図4に示すように、重み付け係数発生器20からの重み付け係数f(I(x,y) )と、乱数発生器22からの乱数R(x,y) とを乗算器38により乗算し、その乗算結果を、さらに、乗算器40において誤差信号E(x,y) および誤差拡散係数W(k,l) に乗算し、加算器28に加算するようにしても良い。この場合、拡散誤差信号ΔE(x,y) は、
【0027】
【数2】
【0028】
となり、多値画像信号I(x,y) は、(9)式を(7)式に代入することで求められ、2値画像信号P(x,y) が(3)式に従って求められる。
【0029】
さらに、図5に示すように、重み付け係数発生器20からの重み付け係数f(I(x,y) )と、乱数発生器22からの乱数R(x,y) とを乗算器42により乗算し、その乗算結果を、さらに、加算器44を介して誤差信号E(x,y) に加算するようにしても良い。この場合、誤差信号E(x,y) は、
E(x,y) =I(x,y) −P(x,y) +f(I(x,y) )・R(x,y) ……(10)
となり、多値画像信号I(x,y) は、(10)式を(5)式および(7)式に代入することで求められ、2値画像信号P(x,y) が(3)式に従って求められる。
【0030】
なお、以上の処理は、コンピュータによりソフトウエアで演算することで実現できることは謂うまでもない。
【0031】
【発明の効果】
以上のように、本発明の画像信号2値化処理装置および方法では、誤差拡散法により画像信号を2値化する際、誤差信号や誤差拡散係数を多値画像信号に応じてランダム性の範囲が調整される乱数により制御することで、テクスチャの発生を抑制するとともに、ざらつき感のない良好な画像を生成することができる。
【0032】
また、前記誤差信号や誤差拡散係数を制御する代わりに、閾値信号を制御することによっても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像信号2値化処理装置が適用される誤差拡散処理回路の構成ブロック図である。
【図2】図1に示す重み付け係数発生器において設定される重み付け係数の説明図である。
【図3】本発明に係る画像信号2値化処理装置が適用される誤差拡散処理回路の他の実施例の構成ブロック図である。
【図4】本発明に係る画像信号2値化処理装置が適用される誤差拡散処理回路の他の実施例の構成ブロック図である。
【図5】本発明に係る画像信号2値化処理装置が適用される誤差拡散処理回路の他の実施例の構成ブロック図である。
【符号の説明】
10…誤差拡散処理回路 12…多値画像メモリ
14…比較器 16…誤差メモリ
18…誤差拡散係数メモリ 20…重み付け係数発生器
22…乱数発生器
Claims (4)
- 多値画像信号を所定の閾値信号と比較し、2値画像信号を生成する比較手段と、
前記多値画像信号と前記2値画像信号との差から誤差信号を求める誤差信号算出手段と、
前記誤差信号を当該多値画像信号の周囲の多値画像信号に対して拡散させるための誤差拡散係数を記憶する記憶手段と、
乱数を発生する乱数発生手段と、
前記乱数に対して重み付けをするため、前記多値画像信号の値に応じ、中間濃度域で寄与率が大きく、高濃度域および低濃度域で寄与率が小さくなるように連続的に変化する重み付け係数を発生する重み付け係数発生手段と、
を備え、前記誤差拡散係数により拡散された前記誤差信号と、前記重み付け係数により重み付けられた前記乱数とを用いて、前記多値画像信号を修正することを特徴とする画像信号2値化処理装置。 - 多値画像信号を所定の閾値信号と比較し、2値画像信号を生成する比較手段と、
前記多値画像信号と前記2値画像信号との差から誤差信号を求める誤差信号算出手段と、
前記誤差信号を当該多値画像信号の周囲の多値画像信号に対して拡散させるための誤差拡散係数を記憶する記憶手段と、
乱数を発生する乱数発生手段と、
前記乱数に対して重み付けをするため、前記多値画像信号の値に応じ、中間濃度域で寄与率が大きく、高濃度域および低濃度域で寄与率が小さくなるように連続的に変化する重み付け係数を発生する重み付け係数発生手段と、
を備え、前記誤差拡散係数により拡散された前記誤差信号を用いて前記多値画像信号を修正するとともに、前記重み付け係数により重み付けられた前記乱数を用いて前記閾値信号を修正することを特徴とする画像信号2値化処理装置。 - 多値画像信号を所定の閾値信号と比較し、2値画像信号を生成する第1ステップと、
前記多値画像信号と前記2値画像信号との差から誤差信号を求める第2ステップと、
所定の誤差拡散係数により前記誤差信号を拡散処理する第3ステップと、
乱数を発生する第4ステップと、
前記多値画像信号の値に応じ、中間濃度域で寄与率が大きく、高濃度域および低濃度域で寄与率が小さくなるように連続的に変化する重み付け係数により前記乱数に対して重み付けをする第5ステップと、
前記誤差拡散係数により拡散された前記誤差信号と、前記重み付け係数により重み付けられた前記乱数とを用いて、前記多値画像信号を修正する第6ステップと、
からなることを特徴とする画像信号2値化処理方法。 - 多値画像信号を所定の閾値信号と比較し、2値画像信号を生成する第1ステップと、
前記多値画像信号と前記2値画像信号との差から誤差信号を求める第2ステップと、
所定の誤差拡散係数により前記誤差信号を拡散処理する第3ステップと、
乱数を発生する第4ステップと、
前記多値画像信号の値に応じ、中間濃度域で寄与率が大きく、高濃度域および低濃度域で寄与率が小さくなるように連続的に変化する重み付け係数により前記乱数に対して重み付けをする第5ステップと、
前記誤差拡散係数により拡散された前記誤差信号を用いて前記多値画像信号を修正するとともに、前記重み付け係数により重み付けられた前記乱数を用いて前記閾値信号を修正する第6ステップと、
からなることを特徴とする画像信号2値化処理方法。
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