JP3631333B2 - 画像処理装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理装置に関するものであり、特に本等の空間的に曲がった原稿の画像を歪みのない画像に補正するための画像処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の技術として、例えば特開平6−164852号公報に示されているように、表面を黒くした原稿ガイドを原稿台に設け、本等の原稿の像と原稿台の像との境界を検出し、その検出結果に基づいて画像の変倍率を算出し、画像の歪みを補正するものがある。
【0003】
また、特開平5ー161004号公報に示されているように、原稿と原稿台との境界から画像の歪み及び輝度むらを補正するものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平6−164852号公報の技術では、行曲がり補正(原稿の縦方向の膨らみの歪み補正)しか行っておらず、原稿の傾斜や回転による歪み補正については述べられてない。加えて、輝度補正を行っていないため、本の綴じ目付近の影になる部分が黒く写るといった問題があった。
【0005】
また、上記技術では、原稿の傾斜や回転といったスキューが全く考慮されていず、原稿の高さを本の綴じ目と垂直な方向で同一として、原稿上部の境界からのエッジのみを用いて補正を行うため、原稿を傾けたり、回転させて置いた場合、本の綴じ目付近の歪みの大きい部分を補正する際、原稿下部を正しく補正できないといった問題があった。
【0006】
さらに、原稿ガイドに沿って被写体である原稿を配置しても、通常、原稿のスキューが生じ、この場合も同様に、本の綴じ目付近の歪み補正が充分できないといった問題があった。
【0007】
本発明の目的は、上記問題点を解決するため、スキューがかかった原稿であっても、歪みを補正し、自然な画像を出力することのできる画像処理装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原稿を撮影して得られた画像のエッジを検出するエッジ検出手段と、
上記エッジから原稿のスキューを検出するスキュー検出手段と、
該スキュー検出手段により検出されたスキューに応じて上記画像中の所定領域の範囲(L )を変化させるとともに、その検出されたスキューに基づいて上記所定領域の画像のみの変形を行う画像変形手段と、
該画像変形手段により変形された画像のエッジから原稿の高さを計算する高さ演算手段と、
上記画像変形手段により変形された画像のエッジから画像の拡大率を計算する拡大率演算手段と、
上記原稿の高さと上記拡大率とに基づいて上記画像変形手段により変形された画像を伸縮変換して歪みを補正する歪み補正手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置である
【0009】
本発明は、原稿を撮影して得られた画像のエッジを検出するエッジ検出手段と、
上記エッジから原稿のスキューを検出するスキュー検出手段と、
上記エッジから原稿の高さを計算する高さ演算手段と、
上記エッジから画像の拡大率を計算する拡大率演算手段と、
上記スキュー検出手段により検出されたスキューに基づいて上記画像中の所定領域の画像を複数の台形領域に分割し、上記スキューと上記原稿の高さと上記拡大率とに基づいて上記台形領域ごとに伸縮変換して歪みを補正する歪み補正手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置である
【0010】
本発明は、前記画像処理装置において、上記歪み補正手段は、スキューに応じて上記所定領域の範囲(L )を変化させることを特徴とする画像処理装置である
【0011】
本発明は、前記画像処理装置において、上記歪み補正手段で歪み補正された画像の輝度値を補正する輝度補正部をさらに備えたことを特徴とする。
【0012】
本発明は、前記画像処理装置において、上記エッジ検出手段は、画像のエッジの変化量が大きくなるに応じて検出区間を小さくすることを特徴とする。
【0013】
本発明は、画像変形手段は、上記所定領域の範囲を画像の原稿の綴じ目が、画像中の原稿の綴じ目の予め定める基準線(b)と垂直になるように変化させることを特徴とする。
【0014】
本発明は、スキュー検出手段は、
エッジ検出手段によって検出されたエッジのうち、極小、極大の各点を求め、これらの極小点と極大点とを結ぶ直線(a)と、画像中の原稿の綴じ目の予め定める基準線(b)との角度αをスキューとして検出することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0016】
第1参考例
図1に、原稿を上向きに配置して原稿を読み取る形態の画像入力装置の模式図を示す。本等の綴じ目のある原稿1は上向きにして原稿ガイド2に沿って原稿台3に配置され、上部のCCDの撮像素子とレンズ系で構成される画像撮像部4によって撮影される。原稿台3と原稿ガイド2は互いに垂直に配設され、原稿1の背景色の白色と区別できる黒色になっている。原稿1は原稿台2の上に置かれるため、高いところほど画像撮像部4に近付き、画像は拡大される。画像撮像部4で撮影された信号をA/D変換してメモリや記憶媒体に一旦記憶された画像に対して、画像処理を行う。なお、第1参考例では、画像撮像部4は、原稿1に対して固定であり、原稿1の画像全体を取り込めるが、原稿1が大きな場合は、画像撮像部4は、原稿1に対して相対的に可動できるようにしてもよい。
【0017】
図2に、画像撮像部4で撮影された信号をA/D変換してメモリ等に一旦記憶された画像を模式的に示す。xy座標は、メモリ等に一旦記憶された画像の画素の位置を表現するための座標であり、原稿像21から求められるエッジは、原稿ガイド像22と原稿台像23とで形成されるベースライン24までの距離yとベースライン24からの変位d(x)により表現される。
【0018】
図3に、原稿を下向きに配置して原稿を読み取る形態の画像入力装置の模式図を示す。このような画像入力装置は、例えば、フラットベットのスキャナや複写機がある。原稿1は下向きに原稿台のガラス面5に配置され、画像撮像部6をスキャンして撮影される。原稿のエッジを検出するため、例えばスキャナの蓋を黒色にする、もしくは蓋を空けたまま撮影された信号をA/D変換してメモリや記憶媒体に一旦記憶される。原稿下向きの場合は、本の綴じ目など、ガラス面5から浮いた部分は画像撮像部6から遠ざかるため、画像は縮小される。
【0019】
図4に、画像撮像部6で撮影した画像を模式的に示す。図4の符号は、図2と同様であるので、説明は省略する。
【0020】
図5に、第1参考例の画像処理装置のブロック図を示す。画像処理装置は、中央処理部や計算結果を記憶するレジスタ等の通常の計算機で構成され、画像入力装置内に設けてもよいし、別途設けても良い。ここで、画像処理の対象は、原稿を上向きにして画像入力した場合、下向きにして画像入力した場合のいづれの画像でもよい。10は入力された画像から原稿と原稿台または原稿ガイドとの境界からエッジを検出するエッジ検出部であり、11はエッジ検出部10が検出したエッジに基づいて原稿の綴じ目(基準線)とそのスキューを検出するスキュー検出部であり、12はスキュー検出部11で検出したスキューから画像全体の回転を補正する回転補正部であり、13,14は回転補正部12により回転補正された画像をエッジ検出部10により再びエッジの検出を行い、検出されたエッジに基づき画像の拡大率を計算する拡大率演算部、原稿の高さを計算する高さ演算部である。15は回転補正部12によって回転補正された画像を、拡大率演算部13及び高さ演算部14より得られた情報に基づき画像全体の歪みを補正して、矩形形状の画像を得るための歪み補正部であり、16は歪み補正部15により歪みが補正された画像の輝度を補正する輝度補正部である。
【0021】
図7及び図8を用いて、エッジ検出部10がエッジ検出を行う手順について説明する。エッジ検出部10は、図7に示すように、原稿のエッジ付近の色が白色である場合、画像中の原稿の外側の点Aからy方向にスキャンし、輝度値がある閾値を越える位置を原稿のエッジとする。なお、図8に示すように、原稿のエッジを検出する際、ノイズ等の影響をなくすため、ある閾値を越える点が数点しか連続しない場合、その点をエッジとはせず、エッジの探索を続ける。
【0022】
閾値でエッジを判断した場合、画像からのエッジの位置は画素に対応した離散値しかとりえない。そのため、第1参考例ではエッジの位置から高さ、倍率などを演算するため、画像をなめらかに補正できないといった問題がある。そこで、エッジを検出するにはx方向に数画素おきにし、間を直線で補間するとよい。また、原稿の綴じ目付近のエッジをなめらかに検出するには、エッジを検出する間隔は、エッジの位置座標の変化の大きい所を細かくする方がよい。
【0023】
図9を用いて、スキュー検出部11の動作を説明する。図9は、エッジ検出部10で検出された原稿の綴じ目付近の上下の位置座標点列であるエッジデータを示している。原稿が上向きの場合も下向きの場合も、原稿の綴じ目付近はそのまわりよりも縮小されて撮影されるため、エッジの極小点及び極大点が綴じ目の位置となる。スキュー検出部11は、エッジ検出部10からのエッジデータを探索して、y方向の極小点及び極大点の位置座標を求め、原稿上下の綴じ目の位置座標(xb1,yb1),(xb2,yb2)を特定して、式(1)のように原稿のスキュー角度αを算出する。
【0024】
【数1】
Figure 0003631333
【0025】
次に、回転補正部12は、スキュー検出部11により検出されたスキュー角度αを用い、例えば、画像全体に対して式(2)の回転変換を行う事によりスキューを補正することができる。本実施の形態では、スキューの補正を原点に対し直接行っているが、座標変換をしてから行っても良い。
【0026】
【数2】
Figure 0003631333
【0027】
図10を用いて、拡大率演算部13の動作を説明する。スキュー補正がなされた画像から再びエッジ検出部10はエッジデータを求め、原稿台上の高さにあると、ベースライン24の位置で結像するエッジデータが点Aで結像するとき、点Aのy方向の拡大率r(x)は式(3)で求められる。
【0028】
【数3】
Figure 0003631333
【0029】
フラットベットのスキャナ等のように、レンズとラインセンサ等の撮像素子をx方向に走査し、撮像した画像の場合、x方向には平行投影となるため、x方向の拡大、縮小はない。また、レンズの位置を固定して撮像した画像の場合、点投影となるため、x方向の拡大率はy方向と同じr(x)となる。
【0030】
図6を用いて、高さ演算部14の動作を説明する。図6に、原稿のx方向から見たときの原稿のエッジとベースラインと原稿の高さH(x)の撮像素子上、つまり画像中での対応関係を示す。高さH(x)のところにある原稿のエッジは画像中のベースライン21よりもd(x)だけ離れた場所で像を結ぶ。レンズと撮像素子間の距離をfとしたとき、原稿の撮像素子上での見かけの高さh(x)は式(4)で求めることができる。高さ演算部14は、スキュー補正がなされた画像のエッジデータからx方向でh(x)を求める。
【0031】
【数4】
Figure 0003631333
【0032】
なお、原稿下向きの場合は、エッジの変位d(x)を負として、式(4)で高さh(x)を求めることができる。
【0033】
図11を用いて、歪み補正部15の動作を説明する。原稿の見かけの高さh(x)を求めると、画像をx方向で適当な区間に分割し、区間の長さ△xでの高さの差を△hとすると、原稿の見かけの長さ△lは式(5)のように近似できる。
【0034】
【数5】
Figure 0003631333
【0035】
原稿面の傾きによるx方向の歪みは、各区間毎に画像をx方向に△l/△x倍に拡大して補正する。ただし、レンズ固定で入力した画像の場合、x方向にもレンズとの距離の違いによる拡大縮小があるため、x方向の拡大率は式(6)となる。
【0036】
【数6】
Figure 0003631333
【0037】
また、y方向の拡大縮小による歪みは、各xの位置で画像を縦方向に1/r(x)倍すれば補正できる。以上の結果、歪み補正がされた矩形形状の画像が得られる。
【0038】
図12を用いて輝度補正部16の動作を説明する。y方向に画素の輝度値を調べ、その最大値がLMAX だったとする。このとき、ある閾値thを設け、それ以上の値をもつ画素に対し、画素の最大値が例えば255になるように演算を行う。画素の値をval、補正後の値をval′とすると式(7)のように計算できる。なお、LMAX は輝度の高い数画素の平均にしても良い。
【0039】
【数7】
Figure 0003631333
【0040】
以上の説明では、白黒画像を入力画像としたが、カラー画像の場合にも同様にして処理できる。即ち、カラー画像の場合には、R,G,Bの画像から輝度成分及び色差に変換して、輝度成分を抽出して原稿のエッジ検出を白黒画像と同様にして行えばよく、また、歪み補正については、R,G,Bのデータに対して伸縮変換すればよく、さらに、輝度補正については、輝度成分に補正をかけてR,G,Bに変換すればよい。
【0041】
(第の実施の形態)
図13に、第の実施の形態の画像処理装置のブロック図を示す。17はスキュー検出部11によって検出された原稿の綴じ目を予め定める基準線に基づいて画像の一部領域を変形させる画像変形部である。第1参考例と第の実施の形態との違いは、前者が回転補正部12により画像を回転して補正するのに対し、後者は画像変形部17によって原稿の綴じ目を含む入力画像の一部を変形させている点のみであり、画像変形部17以外は第1参考例と同様に動作する。
【0042】
図14を用いて、画像変形部17の動作を説明する。画像変形は、スキュー検出部11で検出された原稿の綴じ目の中点である中心点から±L0 の範囲で変形を行い、綴じ目を表す直線aが直線b(予め定める基準線)のようにx軸と垂直になるように変形する。このとき、直線d,a間の距離をLda(y)、直線e,a間の距離をLea(y)として、画像のそれぞれの座標を、直線dから直線aの範囲はL0/Lda(y)倍、直線eから直線aの範囲はL0/Lea(y)倍することにより綴じ目を表す直線aが直線bに一致するように変形する。なお、第2参考例では、画像変形部17で画像変形を行うL0の範囲は固定値でもよいが、本発明の第1の実施の形態では、画像変形部17が設定するL0の範囲をスキュー検出部11で検出されたスキュー角度に応じて可変にして、スキュー角度が大きくなるにつれ、L0の範囲を大きくするようにした方が、より自然な画像が得られるので望ましい。
【0043】
本実施の形態は、第1参考例と比較して、画像の歪み補正は幾分悪くなるものの、原稿の綴じ目付近の歪みの多い領域を補正でき、画像変形領域が少ないので処理量が少なくてすみ、処理速度を向上させることができる。
【0044】
(第の実施の形態)
図15に、第の実施の形態の画像処理装置のブロック図を示す。10は入力された画像からエッジを検出するエッジ検出部であり、11,13,14はそれぞれ、エッジ検出部10が検出したエッジに基づいて、原稿の綴じ目(基準線)とスキューを検出するスキュー検出部、画像の拡大率を計算する拡大率演算部、原稿の高さを計算する高さ演算部である。18はスキュー検出部11、拡大率演算部13、及び高さ演算部14より得られた情報に基づき、入力画像の歪みを補正する歪み補正部であり、19は歪み補正部18で歪みを補正された画像の輝度をスキュー検出部11から得られるスキューを基に補正する輝度補正部である。歪み補正部18と輝度補正部19以外は前述の参考例と同様に動作する。
【0045】
図16を用いて、歪み補正部18を説明する。スキュー検出部11で検出された原稿の綴じ目の中点である中心点から±L の範囲で、原稿の綴じ目を表す線aとして、直線b,a間、及び直線a,c間のスキュー角度が徐々にy方向に合致するように、直線b,a間、及び直線a,c間の画像を段階的に傾けた複数の台形形状の画像に分割する。ここで、画像の補正を行うのは全体の領域であり、Lの範囲以外では分割された画像は矩形形状になっている。なお、歪み補正部18で歪み補正を行うLの範囲は固定値でもよいが、歪み補正部18が設定するLの範囲をスキュー検出部11で検出されたスキュー角度に応じて可変にして、スキュー角度が大きくなるにつれ、Lの範囲を大きくするようにした方が、より自然な画像が得られるので望ましい。
【0046】
x方向の補正では、先に計算した拡大率、原稿の高さの値は、綴じ目のy座標のライン上の値であるとし、台形をこれらの値からx方向に拡大して、原稿の傾斜を延ばす。また、y方向の補正では、原稿面での点Aの高さは点Bと同一とし、点Bのx座標をx とすると、画像を直線BA方向に1/r(x )倍することにより補正を行う。このように、それぞれの台形で同様の補正を行い、補正後のエッジが矩形形状の画像が得られる。
【0047】
次に、輝度補正部19の動作を説明する。輝度補正は前述の参考例と同様にして行うが、スキュー検出部11から得られた各台形のスキュー角度の方向、つまり歪み補正部18による補正方向に沿って、輝度値の最大値LM A X を求めて輝度補正を行う。
【0048】
上記実施の形態は、第の実施の形態と比較して画像の歪み補正はより自然になり、前述の参考例と比較して歪み補正領域が少ないので処理量が少なくてすみ、処理速度を向上させることができる。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、スキューがかかった画像であっても、画像の一部の所定領域のみ変形を行ってから歪み補正をするので、処理速度が向上すると共に、自然な画像を得ることができる。スキューに応じて上記画像中の上記所定領域の範囲を選択するので、適切な画像変形の処理範囲を選択できる。
【0051】
本発明によれば、スキューがかかった画像であっても、画像の一部の所定領域を台形領域ごとに分割して歪み補正をするので、処理速度が向上すると共に、自然な画像を得ることができる。
【0052】
本発明によれば、本等の原稿の綴じ目付近の像が見やすい画像が得られる。
【0053】
本発明によれば、本等の原稿の綴じ目付近のエッジを正確かつ滑らかに検出できる。
【0055】
本発明によれば、スキューに応じて所定領域の範囲を選択するので、適切な歪み補正の処理範囲を選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1参考例の原稿上向きの画像入力装置を示す。
【図2】原稿上向きの画像を取り込んだ様子を示す。
【図3】原稿下向きの画像入力装置を示す。
【図4】原稿下向きの画像を取り込んだ様子を示す。
【図5】第1参考例の画像処理装置のブロック図を示す。
【図6】原稿と画像撮像部の距離と撮像位置の関係を説明するための図である。
【図7】画像のエッジ検出を説明するための図である。
【図8】画像のエッジ検出のフローチャートである。
【図9】画像のスキュー検出を説明するための図である。
【図10】画像の拡大率計算を説明するための図である。
【図11】画像の歪み補正を説明するための図である。
【図12】画像の輝度補正を説明するための図である。
【図13】第の実施の形態の画像処理装置のブロック図である。
【図14】第の実施の形態の画像変形を説明するための図である。
【図15】第の実施の形態の画像処理装置のブロック図である。
【図16】第の実施の形態の歪み補正を説明するための図である。
【符号の説明】
1 原稿
2 原稿ガイド
3 原稿台
4,6 画像撮像部
5 ガラス面
10 エッジ検出部
11 スキュー検出部
12 回転補正部
13 拡大率演算部
14 高さ演算部
15,18 歪み補正部
16,19 輝度補正部
17 画像変形部

Claims (7)

  1. 原稿を撮影して得られた画像のエッジを検出するエッジ検出手段と、
    上記エッジから原稿のスキューを検出するスキュー検出手段と、
    該スキュー検出手段により検出されたスキューに応じて上記画像中の所定領域の範囲(L )を変化させるとともに、その検出されたスキューに基づいて上記所定領域の画像のみの変形を行う画像変形手段と、
    該画像変形手段により変形された画像のエッジから原稿の高さを計算する高さ演算手段と、
    上記画像変形手段により変形された画像のエッジから画像の拡大率を計算する拡大率演算手段と、
    上記原稿の高さと上記拡大率とに基づいて上記画像変形手段により変形された画像を伸縮変換して歪みを補正する歪み補正手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
  2. 原稿を撮影して得られた画像のエッジを検出するエッジ検出手段と、
    上記エッジから原稿のスキューを検出するスキュー検出手段と、
    上記エッジから原稿の高さを計算する高さ演算手段と、
    上記エッジから画像の拡大率を計算する拡大率演算手段と、
    上記スキュー検出手段により検出されたスキューに基づいて上記画像中の所定領域の画像を複数の台形領域に分割し、上記スキューと上記原稿の高さと上記拡大率とに基づいて上記台形領域ごとに伸縮変換して歪みを補正する歪み補正手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
  3. 請求項2に記載の画像処理装置において、上記歪み補正手段は、スキューに応じて上記所定領域の範囲(L )を変化させることを特徴とする画像処理装置。
  4. 請求項1〜3に記載の画像処理装置において、上記歪み補正手段で歪み補正された画像の輝度値を補正する輝度補正部をさらに備えたことを特徴とする画像処理装置。
  5. 請求項1〜3に記載の画像処理装置において、上記エッジ検出手段は、画像のエッジの変化量が大きくなるに応じて検出区間を小さくすることを特徴とする画像処理装置。
  6. 画像変形手段は、上記所定領域の範囲を画像の原稿の綴じ目が、画像中の原稿の綴じ目の予め定める基準線(b)と垂直になるように変化させることを特徴とする請求項1〜5のうちの1つに記載の画像処理装置。
  7. スキュー検出手段は、
    エッジ検出手段によって検出されたエッジのうち、極小、極大の各点を求め、これらの極小点と極大点とを結ぶ直線(a)と、画像中の原稿の綴じ目の予め定める基準線(b)との角度αをスキューとして検出することを特徴とする請求項1〜6のうちの1つに記載の画像処理装置。
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