JP3615440B2 - エッジ抽出方法および画像処理方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、デジタル複写機等の画像形成装置に用いられるエッジ抽出方法および画像処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、文字・線画原稿画像に対しては鮮鋭化処理を、写真原稿画像に対しては平滑化処理を施すことにより、画質が向上すると言われている。そこで、文字や写真が混在する原稿画像に対しては、文字・線画部分と、写真部分とを分離(領域分離)し、それぞれの領域に適した処理(適応フィルタ処理)を施す方法が多く採用されている。
【0003】
文字・線画部分を分離する場合、一般的に、原稿画像中のエッジ(濃度変化の大きい部分)を抽出し、抽出したエッジが所定範囲内にどの程度含まれているか(エッジ密度)によって、文字・線画部分であるか否かを判定している。この際、エッジの抽出方法としては、主として、微分処理による方法が採用されている。
【0004】
以下、微分処理を用いたエッジ抽出方法について説明する。
【0005】
図10(a)は、微分フィルタの係数マトリクスである。図10(b)は原稿から読み取った画像データ中の3×3画素の大きさのデータを示している。図10(b)において、A〜Iは各画素の画素値であり、0〜255の値をとるものとする。
【0006】
微分処理では、微分フィルタを用いて注目画素Eの差分値Sを求めた後、注目画素Eの画素値をE+Sに置き換える。注目画素Eの差分値Sは、次式1によって求められる。
【0007】
【数1】
【0008】
そして、置き換え後の画素値(E+S)が、次式2で表される条件式を満たす場合には、注目画素Eはエッジを構成する画素と判定し、次式2で表される条件式を満たさない場合には、注目画素Eはエッジを構成する画素ではないと判定する。
【0009】
【数2】
【0010】
なお、図11(a)に示すような画像データに対して上記のような微分処理を施すと、図11(b)に示すようになり、斜線部分がエッジ部として抽出される。
【0011】
従来の微分処理によるエッジ抽出方法では、いわば点でのエッジ抽出であるため、図12(a)に示すような濃度差を有するエッジ部分に対してエッジ抽出すると、図12(b)に示すように、エッジ抽出結果に凹凸が生じてしまう。このため、最適な鮮鋭化処理、二値化処理を行なえず、文字・線画部の画質が劣化するという問題がある。
【0012】
また、微分処理によるエッジ抽出方法では、同様の理由により、網点部を構成する点をエッジ部として抽出してしまい、エッジ部に対して鮮鋭化処理を施すと、網点部にモアレが発生し、画質が劣化するという問題がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、凹凸なくエッジを抽出できるとともに、網点部を構成する点をエッジとして抽出しなくなるエッジ抽出方法を提供することを目的とする。
【0014】
この発明は、エッジ部に対して鮮鋭化処理を行なったときに、エッジ部の再現性が向上する画像処理方法を提供することを目的とする。
【0015】
この発明は、二値化処理を行なったときに、エッジ部が黒画素として再現されやすくなる画像処理方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この発明によるエッジ抽出方法は、注目画素を中心とする所定の大きさの画像データに基づいて、注目画素がエッジを構成する画素であるか否かを判定するエッジ抽出方法において、注目画素を中心とする所定の大きさの画像データを、注目画素を含みかつ予め定められたエッジ方向にのびた第1領域と、第1領域によって2分された第2および第3領域との3つの領域に分け、第1領域の平均濃度値から第2領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることまたは第1領域の平均濃度値から第3領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることという第1条件を満たし、かつ第1領域の平均濃度値の2倍の値から第2領域の平均濃度値および第3領域の平均濃度値を減算した値が第2の閾値より大きいことという第2条件を満たした場合に、注目画素がエッジを構成する画素であると判定することを特徴とする。
【0022】
この発明による第1の画像処理方法は、注目画素を中心とする所定の大きさの画像データを、注目画素を含みかつ予め定められたエッジ方向にのびた第1領域と、第1領域によって2分された第2および第3領域との3つの領域に分け、第1領域の平均濃度値から第2領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることまたは第1領域の平均濃度値から第3領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることという第1条件を満たし、かつ第1領域の平均濃度値の2倍の値から第2領域の平均濃度値および第3領域の平均濃度値を減算した値が第2の閾値より大きいことという第2条件を満たした場合に、注目画素がエッジを構成する画素であると判定することにより、エッジを抽出する第1ステップ、ならびに抽出されたエッジとエッジに隣接する画素のうちエッジの外側にある画素とをエッジ領域として、鮮鋭化処理を行なう第2ステップを備えていることを特徴とする。
【0023】
この発明による第2の画像処理方法は、注目画素を中心とする所定の大きさの画像データを、注目画素を含みかつ予め定められたエッジ方向にのびた第1領域と、第1領域によって2分された第2および第3領域との3つの領域に分け、第1領域の平均濃度値から第2領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることまたは第1領域の平均濃度値から第3領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることという第1条件を満たし、かつ第1領域の平均濃度値の2倍の値から第2領域の平均濃度値および第3領域の平均濃度値を減算した値であるエッジ度が第2の閾値より大きいことという第2条件を満たした場合に、注目画素がエッジを構成する画素であると判定することにより、エッジを抽出する第1ステップ、抽出されたエッジとエッジに隣接する画素のうちエッジの外側にある画素とをエッジ領域として、鮮鋭化処理を行なう第2ステップ、ならびに鮮鋭化処理によって得られたエッジ領域の画像に対して、二値化処理を行なう第3ステップを備えており、第3ステップは、注目画素を二値化する際には、注目画素に対して求められたエッジ度を予め定められた所定値から減算した値を、二値化用閾値として用いることを特徴する。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
【0025】
〔1〕画像処理手順の説明
【0026】
図1は、原稿から読み取られかつ前処理が行なわれた後の画像データに対して行なわれる画像処理の手順を示している。
【0027】
原稿から読み取られかつ前処理が行なわれた後の画像データに対して領域分離処理部1によって領域分離処理が行なわれる。領域分離処理部1は、エッジ部と非エッジ部とに領域を分離する。
【0028】
エッジ部であると判定された領域の画像データは、適応フィルタ処理部2内の鮮鋭化処理部21に送られて鮮鋭化処理が行なわれ、非エッジ部であると判定された領域の画像データは、適応フィルタ処理部2内の平滑化処理部22に送られて平滑化処理が行なわれる。
【0029】
鮮鋭化処理部21によって鮮鋭化処理が施されたエッジ部の画像データは、二値化処理部3内の適応二値化処理部31に送られる。平滑化処理部22によって平滑化処理が施された非エッジ部の画像データは、二値化処理部3内の通常二値化処理部32に送られる。
【0030】
適応二値化処理部31は、閾値を適応的に変化させてエッジ部の画像データを二値化(適応二値化)する。通常二値化処理部32は、固定の閾値を用いて非エッジ部の画像データを二値化する。なお、二値化を行なう方法としては、単純に二値化を行なう方法、誤差拡散法によって二値化を行なう方法等が用いられる。
【0031】
以下、領域分離処理部1による領域分離処理と、二値化処理部3による二値化処理について、説明する。
【0032】
〔1〕領域分離処理部1による領域分離処理の説明
【0033】
領域分離処理部1では、エッジ抽出処理が行なわれた後、エッジとして抽出された領域を拡張するエッジ抽出領域拡張処理が行なわれる。そして、画像データが、エッジ領域と、非エッジ領域とに分離される。
【0034】
〔1−1〕 エッジ抽出処理についての説明
【0035】
まず、エッジ抽出処理について説明する。
【0036】
注目画素を中心とする5×5画素の大きさの画像データに基づいて、注目画素がエッジ部であるか非エッジ部であるかを判定する。この例では、1つの注目画素に対して、縦方向にのびたエッジを構成する画素であるか、横方向にのびたエッジを構成する画素であるか、斜め右上方向にのびたエッジを構成する画素であるか、斜め左上方向にのびたエッジを構成する画素であるかがそれぞれ判定される。各画素の濃度値は、0(白)〜255(黒)の範囲内の値であるものとする。
【0037】
注目画素が縦方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する場合には、図2に示すように、注目画素を中心とする5×5画素の大きさの画像データを、左右方向中央の縦一列のブロックCと、ブロックCを挟む左右両側の2つのブロックA、Bとからなる、3つのブロックに分ける。
【0038】
各ブロックA、B、C毎に、平均濃度aveA、aveB、aveCをそれぞれ算出する。そして、次式3で示される第1条件を満たすか否かを判定する。
【0039】
【数3】
【0040】
αは第1の閾値である。第1条件を満たさない場合には、注目画素は縦方向にのびたエッジを構成する画素ではないと判定する。第1条件を満たした場合には、注目画素のエッジ度Sを、次式4に基づいて算出する。
【0041】
【数4】
【0042】
そして、次式5で示される第2条件を満たすか否かを判定する。
【0043】
【数5】
【0044】
βは第2の閾値である。第2条件を満たさない場合には、注目画素は縦方向にのびたエッジを構成する画素ではないと判定する。第2条件を満たした場合には、注目画素は縦方向にのびたエッジを構成する画素であると判定する。
【0045】
注目画素が横方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する場合には、図3に示すように、注目画素を中心とする5×5画素の大きさの画像データを、上下方向中央の横一列のブロックCと、ブロックCを挟む上下両側の2つのブロックA、Bとからなる、3つのブロックに分ける。第1条件式および第2条件式は、注目画素が縦方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する場合と同じである。
【0046】
注目画素が斜め右上方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する場合には、図4に示すように、注目画素を中心とする5×5画素の大きさの画像データを、その領域の左下から右上にのびた対角線上のブロックCと、ブロックCで2分された左上部分および右下部分の2つのブロックA、Bとからなる、3つのブロックに分ける。第1条件式および第2条件式は、注目画素が縦方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する場合と同じである。
【0047】
注目画素が斜め左上方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する場合には、図5に示すように、注目画素を中心とする5×5画素の大きさの画像データを、その領域の右下から左上にのびた対角線上のブロックCと、ブロックCで2分された左下部分および右上部分の2つのブロックA、Bとからなる、3つのブロックに分ける。第1条件式および第2条件式は、注目画素が縦方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する場合と同じである。
【0048】
以上のように、注目画素を中心とする参照領域を、3つのブロックに分けて、各ブロックの平均濃度に基づいて、注目画素がエッジを構成する画素か否かを判定しているため、スパイク的に濃度が低下している画素の影響を受けにくくなるため、凹凸なくエッジを抽出することができるようになる。また、網点画像は規則的に並んだ点で構成されているため、網点を構成する点はエッジとして抽出されなくなる。
【0049】
なお、上記の例では、4種類のエッジ方向に対して、エッジ判定を行なっているが、エッジ方向は4種類でなくてもよい。また、参照領域は、5×5画素の大きさであるが、5×5画素の大きさ以外の大きさであってもよい。
【0050】
〔1−2〕 エッジ抽出領域拡張処理についての説明
文字・線画は、一般的にコントラスト(文字・線画と下地部との濃度差)が大きい方が、高画質であるとされている。上記エッジ抽出処理では、図6(a)に示すような画像データの場合には、ハッチングで示された部分がエッジとして抽出される。この抽出されたエッジに鮮鋭化処理(たとえば、微分処理)を行なうと、図6(b)に示すように、エッジの外側に中濃度部が残るため、画質がさほど向上しない。鮮鋭化処理後の画像に対して、さらに、二値化処理を行なうと、文字・線画部分に凹凸ができやすくなる。
【0051】
そこで、この実施の形態では、鮮鋭化処理をエッジ部の外側の画素に対しても行なわれるように、エッジ抽出領域の拡張を行なう。図6(c)は、図6(a)において、ハッチングで示された部分の外側の中濃度部分までエッジ抽出領域を拡張した後に、鮮鋭化処理を行なった場合に得られる画像データを示している。
【0052】
以下、抽出領域拡張方法について説明する。
【0053】
上述のエッジ抽出方法では、方向が異なる複数のパターンによってエッジの判定を行なっているため、どのパターンでエッジとして判定されたかにより、抽出されたエッジの種類(縦方向、横方向、斜め右上方向、斜め左上方向)を特定することができる。さらに、第1条件において、(aveC−aveA)または(aveC−aveB)のどちらがα以上であったかにより、エッジとして抽出された注目画素を基準としていずれの方向がエッジ部の内側であるか外側であるかを判定することができる。
【0054】
そこで、このような情報に基づいて、エッジ抽出領域の拡張を行なう。たとえば、エッジとして抽出された注目画素が縦方向エッジである場合には、図7に示すように、注目画素の左右両隣の画素のうちエッジの外側にある画素を拡張エッジ(領域拡張画素)と決定する。エッジとして抽出された注目画素が横方向エッジである場合には、注目画素の上下両隣の画素のうちエッジの外側にある画素を拡張エッジ(領域拡張画素)と決定する。
【0055】
エッジとして抽出された注目画素が斜め方向エッジである場合には、図8に示すように、注目画素の周囲の8画素のうち、エッジの外側にある3つの画素を拡張エッジ(領域拡張画素)と決定する。
【0056】
ここで、エッジ領域の拡張を、文字・線画部の外側のみに限定しているのは、次のような理由による。つまり、図9(a)に示すような画像データにおいて、、ハッチングで示すエッジ抽出画素の外側隣の画素のみならず内側隣の画素を拡張エッジと決定した後に鮮鋭化処理を行なった場合には、図9(b)に示すように、ハッチングで示すエッジ抽出画素の内側隣の画素の濃度値が下がり、この後に二値化処理を行なうと文字・線画部の中抜け(線の内部が白く抜ける)が起こり、画質が劣化してしまうからである。
【0057】
〔2〕二値化処理部3による二値化処理の説明
【0058】
二値化処理部3内の適応二値化処理部31は、閾値を適応的に変化させてエッジ部の画像データを二値化(適応二値化)する。二値化処理部3内の通常二値化処理部32は、固定の閾値を用いて非エッジ部の画像データを二値化する。
【0059】
適応二値化処理部31は、エッジ抽出時に算出されたエッジ度Sに基づいて閾値を変化させる。エッジを構成する画素は、二値化処理後に、黒画素として再現される必要がある。エッジ度Sは、注目画素がエッジを構成する画素である可能性が高いほど、大きな値となる。
【0060】
そこで、エッジを構成する画素である可能性が高い画素ほど、閾値を下げることによって、黒画素として再現され易くする。具体的には、エッジ部の画像データを二値化する際には、注目画素のエッジ度Sを、予めさだめられた閾値THから減算した値(TH−S)を、閾値として用いて二値化を行なう。
【0061】
【発明の効果】
この発明によれば、凹凸なくエッジを抽出できるとともに、網点部の点をエッジとして抽出しなくなるエッジ抽出方法が得られる。
【0062】
この発明によれば、エッジ部に対して鮮鋭化処理を行なったときに、エッジ部の再現性が向上する画像処理方法が得られる。
【0063】
この発明によれば、二値化処理を行なったときに、エッジ部が黒画素として再現されやすくなる画像処理方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】原稿から読み取られかつ前処理が行なわれた後の画像データに対して行なわれる画像処理の手順を示すブロック図である。
【図2】注目画素が縦方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する方法を示す模式図である。
【図3】注目画素が横方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する方法を示す模式図である。
【図4】注目画素が斜め右上方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する方法を示す模式図である。
【図5】注目画素が斜め左上方向にのびたエッジを構成する画素であるか否かを判定する方法を示す模式図である。
【図6】エッジ領域拡張処理の必要性を説明するための模式図である。
【図7】エッジとして抽出された注目画素が縦方向エッジである場合のエッジ領域拡張処理を説明するための模式図である。
【図8】エッジとして抽出された注目画素が斜め方向エッジである場合のエッジ領域拡張処理を説明するための模式図である。
【図9】エッジ領域の拡張を、文字・線画部の外側のみに限定しているの理由を説明するための模式図である。
【図10】従来の微分処理によるエッジ抽出方法を説明するための模式図である。
【図11】微分処理前の画像データと微分処理後の画像データを示す模式図である。
【図12】濃度差を有するエッジ部分に対して従来方法でエッジを抽出した場合に、エッジ抽出結果に凹凸が生じてしまうことを示す模式図である。
【符号の説明】
1 領域分離処理部
2 適応フィルタ処理部
3 二値化処理部
Claims (3)
- 注目画素を中心とする所定の大きさの画像データに基づいて、注目画素がエッジを構成する画素であるか否かを判定するエッジ抽出方法において、
注目画素を中心とする所定の大きさの画像データを、注目画素を含みかつ予め定められたエッジ方向にのびた第1領域と、第1領域によって2分された第2および第3領域との3つの領域に分け、第1領域の平均濃度値から第2領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることまたは第1領域の平均濃度値から第3領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることという第1条件を満たし、かつ第1領域の平均濃度値の2倍の値から第2領域の平均濃度値および第3領域の平均濃度値を減算した値が第2の閾値より大きいことという第2条件を満たした場合に、注目画素がエッジを構成する画素であると判定するエッジ抽出方法。 - 注目画素を中心とする所定の大きさの画像データを、注目画素を含みかつ予め定められたエッジ方向にのびた第1領域と、第1領域によって2分された第2および第3領域との3つの領域に分け、第1領域の平均濃度値から第2領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることまたは第1領域の平均濃度値から第3領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることという第1条件を満たし、かつ第1領域の平均濃度値の2倍の値から第2領域の平均濃度値および第3領域の平均濃度値を減算した値が第2の閾値より大きいことという第2条件を満たした場合に、注目画素がエッジを構成する画素であると判定することにより、エッジを抽出する第1ステップ、ならびに
抽出されたエッジとエッジに隣接する画素のうちエッジの外側にある画素とをエッジ領域として、鮮鋭化処理を行なう第2ステップ、
を備えている画像処理方法。 - 注目画素を中心とする所定の大きさの画像データを、注目画素を含みかつ予め定められたエッジ方向にのびた第1領域と、第1領域によって2分された第2および第3領域との3つの領域に分け、第1領域の平均濃度値から第2領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることまたは第1領域の平均濃度値から第3領域の平均濃度値を減算した値が所定の第1閾値以上であることという第1条件を満たし、かつ第1領域の平均濃度値の2倍の値から第2領域の平均濃度値および第3領域の平均濃度値を減算した値であるエッジ度が第2の閾値より大きいことという第2条件を満たした場合に、注目画素がエッジを構成する画素であると判定することにより、エッジを抽出する第1ステップ、抽出されたエッジとエッジに隣接する画素のうちエッジの外側にある画素とをエッジ領域として、鮮鋭化処理を行なう第2ステップ、ならびに鮮鋭化処理によって得られたエッジ領域の画像に対して、二値化処理を行なう第3ステップを備えており、第3ステップは、注目画素を二値化する際には、注目画素に対して求められたエッジ度を予め定められた所定値から減算した値を、二値化用閾値として用いることを特徴する画像処理方法。
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