JP3690706B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャナ、ファクシミリ、複写機等に適用される画像処理装置に関し、特に、低濃度、低コントラストの画像データをリアルタイムで良好に２値化する画像処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像処理装置においては、各種の画像データを２値化するが、一般的に線画では階調性より解像度が重要視され、絵柄では解像度より階調性が重要視される。このため、線画は固定したしきい値により解像度優先に２値化し、絵柄はディザ処理で階調性優先に２値化している。また、その処理を実行する前に文字領域と絵柄領域を分離することが行われている。文字領域と絵柄領域が混在する原稿を如何に忠実に再現するかについて多くの提案がなされている。
【０００３】
例えば、本出願人による特開平８−１９０６１１号公報には、周辺画素の平均値に基づいて２値化のためのしきい値を適応的に求め、これをしきい値設定手段に設定して２値化処理し、あるいは、元画像を平均化した画像に基づいて２値化のためのしきい値を適応的に求め、これをしきい値設定手段に設定して２値化処理することで、コントラストの低い文字を低ノイズで再現し、また網点上の文字を良好に再現することを実現している。
【０００４】
また、他の従来例には、図１６に示すような画像処理回路が提案されている。従来例であるので、簡単に構成要素だけを説明すると、この画像処理回路は、γ補正回路１、平均化フィルタ２，５、ＭＴＦ補正回路３，４、エッジ検出回路６、エッジ分離ブロック７、クランプ回路８，９、コンパレータ１０，１１，１２、セレクタ回路１３，１４、バイナリフィルタ１５を備えている。そして、灰色の地肌に位置する黒色の線画が白抜きされて識別が容易な画像データを生成することが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように画質を向上するための種々の技術が提案されてはいるものの、高濃度部でのコントラストの低い文字、特に幅のある文字に関して十分に再現できないことがあった。
本発明の目的は、高濃度部でのコントラストの低い文字も良好に再現できる画像処理手段を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１記載の発明は、画像データ中の注目画素の濃度を該注目画素を中心とした周辺画素の濃度により平滑化した平均値を算定する平滑化手段と、当該注目画素を濃度で２値化する際のしきい値が前記平滑化手段の出力する平均値に基づいて設定されるしきい値設定手段と、しきい値設定手段に設定されたしきい値に基づいて注目画素を濃度で２値化する２値化手段とを備えた画像処理装置において、平滑化特性を異ならせた２種類以上の平滑化手段にそれぞれ対応させてしきい値設定手段を２種類以上有し、画像データの注目画素の濃度又は注目画素を含む領域の濃度値群に基づいて前記しきい値設定手段の内の１つを選択する値選択手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記しきい値選択手段は、注目画素の濃度に基づいて、前記しきい値設定手段を選択することを特徴とする。
【０００８】
また請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記しきい値選択手段は、周辺画素の濃度の平均値に基づいて、前記しきい値設定手段を選択することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す画像処理装置のブロック図である。この画像処理装置は、γ補正回路１０１と、平均化フィルタ１０２とが順番に接続されており、この平均化フィルタ１０２には、画像判定部１０３、２値処理手段である２値化処理部１０４、白抜処理部１０５、が並列に接続されている。γ補正回路１０１は、図示しない読取走査装置により読み取り走査された多値の８ビットの画像データにγ補正を実行し、同時に１画素のビット数も削減する。なお、このγ補正回路１０１は、画像データに地肌ノイズが多量の場合は、外部信号に対応して、画像データをスルーさせたり、γカーブの傾斜を低減させることもする。
【００１１】
平均化フィルタ１０２は、選択したマトリクスにより画像データを平均化する。なお、このような平均化により画像データの地肌ノイズのエネルギを低減させるが、これを実行することなく画像データをスルーさせることも可能である。画像判定部１０３は、ＭＴＦ補正回路１０６と、エッジ分離回路１０７とを有しており、画像データを画素単位で線画と絵柄との一方に判定する。つまり、ＭＴＦ補正回路１０６は、複数のマトリクスフィルタが切り換え自在に設定されており、選択したマトリクスフィルタにより、画像データをＭＴＦ補正して鮮鋭化する。
【００１２】
エッジ分離ブロック１０７は、ＭＴＦ補正された画像データを、パターンマッチングなどのデータ処理により画素単位で輪郭部分と非輪郭部分とに判定する。なお、このような判定は既存のデータ処理により実現され、このようなデータ処理は、特開平５−１７６１６７号公報等に詳述されている。
【００１３】
２値化処理部１０４は、しきい値算定部１０８と、線画２値化部１０９と、絵柄２値化部１１０とを備えており、これらの２値化部１０９，１１０は、画像判定部１０３の出力が接続された１個のセレクタ回路１１１に共通に接続されている。しきい値設定手段であるしきい値算定部１０８は、平滑化手段として平均化特性（フィルタ特性）が異なる２種類の平均化フィルタ（１）１１２，（２）１１３と、このうちの何れかを選択するしきい値選択手段としてのセレクタ回路１１４と、クランプ回路１１５，１１６とを有している。セレクタ回路１１４で選択・出力されたデータからクランプ回路１１５，１１６により２値化用のしきい値を高低２段に生成して、別々に２値化部１０９，１１０に供給する。すなわち、クランプ回路１１５からのしきい値は線画２値化部１０９のコンパレータ１１８に供給・設定され、クランプ回路１１６からのしきい値は絵柄２値化部１１０のコンパレータ１１９に供給・設定される。
【００１４】
図２、図３、図４は平均化フィルタの第１、第２、第３の例を示す図である。平均化フィルタ（１）１１２には、図２に示すフィルタを使用する。また、平均化フィルタ（２）１１３には、図４に示すフィルタを使用する。これらのマトリクスフィルタにより画像データを平均化してしきい値を算定する。クランプ回路１１５，１１６は、しきい値の上限と下限とをクランプすることにより、輪郭部分の再現可能な濃度範囲を決定する高低２段のしきい値を“ｃｌａｍｐＨ，Ｌ”として生成する。
【００１５】
線画２値化部１０９は、ＭＴＦ補正回路１１７と、コンパレータ１１８とを有しており、画像データを階調性より解像度を優先した方式で２値化する。つまり、ＭＴＦ補正回路１１７は、例えば、図示しない切り換え自在な２種類のマトリクスフィルタが設定されており、このマトリクスフィルタによるＭＴＦ補正により、画像データを鮮鋭化する。コンパレータ１１８は、しきい値算定部１０８のクランプ回路１１５から高低２段のしきい値を入力し、これらのしきい値に従って画像データを２値化する。絵柄２値化部１１０は、階調性優先のディザ処理等が設定されたコンパレータ１１９からなり、画像データを、算定されたしきい値に対応して疑似中間調に２値化する。
【００１６】
セレクタ回路１１１は、２つのデータ端子に２値化部１０９，１１０が個々に接続され、制御端子に画像判定部１０３の出力が接続されているので、この画像判定部１０３により画像データが線画に判定されると、線画２値化部１０９により解像度優先に２値化された画像データを選択し、画像データが絵柄に判定されると、絵柄２値化部１１０により階調性優先に２値化された画像データを選択する。
【００１７】
白抜き処理部１０５は、輪郭検出手段となるエッジ検出回路１２０、白抜処理手段となるコンパレータ１２１、及びセレクタ回路１２２を有しており、画像データから輪郭部分を検出し、この輪郭部分を白抜処理する。つまり、エッジ検出回路１２０は、所定のラプラシアンフィルタが設定されており、このラプラシアンフィルタによるコンボリュージョン演算により、画像データの濃度低下が一定以上の部分を輪郭部分として検出する。
【００１８】
コンパレータ１２１は、検出結果と、予め設定されたしきい値とを比較することにより、この比較結果に対応して白抜処理の有無を示す２値の制御信号を出力する。白抜処理部１０５は、セレクタ回路１２２制御端子に接続されており、このセレクタ回路１２２は、一対のデータ入力の一方に２値化処理部１０４のセレクタ回路１１１が接続されて、他方は接地されている。
【００１９】
セレクタ回路１２２は、白抜処理部１０５が白抜処理の実行信号を出力すると、接地信号をバイナリフィルタ１２３に出力し、白抜処理部１０５が白抜き処理の非実行信号を出力すると、セレクタ回路１２２から入力される画像データをバイナリフィルタ１２３に出力する。このため、このバイナリフィルタ１２３には、輪郭部分が白抜き処理された２値の画像データが入力される。
【００２０】
このような構成において、画像読取装置で読み取られた画像データ（イメージデータ）は、多値のアナログデータから最終的に２値のデジタルデータに変換されるが、このデータ変換では、画像データを画像判定部１０４により線画か絵柄かに画素単位で判定し、線画には線画２値化部１０９により解像度優先の２値化を実行し、絵柄には絵柄２値化部１０８により階調性優先の２値化を実行する。このように、２値化された画像データに白色や黒色の孤立点が存在すると、これをバイナリフィルタ１２３により検出して白黒反転させるので、黒地の白点や白地の黒点が除去される。
【００２１】
図５は図２に示す平均化フィルタを使用した場合の出力を示す図であり、（ａ）は入力画像データ（実線）と平均化フィルタ出力（破線）を示す図、（ｂ）は２値化後の出力を示す図である。また、図６は図４に示す平均化フィルタを使用した場合の出力を示す図であり、（ａ）は入力画像データ（実線）と平均化フィルタ出力（破線）を示す図、（ｂ）は２値化後の出力を示す図である。
【００２２】
また、図７は入力画像の一例を示す図、図８は図７に示す入力画像を、図２に示す平均化フィルタを使用して２値化した出力画像を示す図、図９は図７に示す入力画像を、図４に示す平均化フィルタを使用して２値化した出力画像を示す図である。
【００２３】
図１０は、図７に示す入力画像を、平均化フィルタの切り換え制御で２値化した出力画像の第１の例を示す図、図１１は図７に示す入力画像を、平均化フィルタの切り換え制御で２値化した出力画像の第２の例を示す図である。
【００２４】
前述したように本発明では、平滑化特性を異ならせた２種類の平均化フィルタ（１）１１２，（２）１１３を有している。フィルタを切り換える効果について以下説明する。
【００２５】
平均化フィルタ（１）１１２が使用する図２に示すフィルタは、平均化フィルタ（２）１１３が使用する図４に示すフィルタに対し、主走査方向のサイズが小さいため、入力画像の細かい変化に追従する（図５のＸ領域図８の左領域部の画像）。よって２値化後の線は細めでシャープな感じに再現できる。これは、領域Ｘのように濃度が薄く細い文字を再現するのに適していることを示す。反面、濃度変化の少ないところ、特に地肌の濃い部分上の文字再現は地肌部のゆっくりとした変化に追従してしまうので、黒く潰れる傾向にある（図５のＹ領域図８の右領域部の画像）。
【００２６】
一方、図４のフィルタは、図２のフィルタに対し主走査方向のサイズが大きいので、入力画像の変化に対する追従性が悪い。そのため、領域Ｘは濃く潰れた感じとなる（図６のＸ領域図９の左領域部の画像）。しかし、逆に地肌の比較的ゆっくりした変化にも追従しにくいので、地肌上の文字再現はよくなる（図６のＹ領域図９の右領域部の画像）。
【００２７】
平均化フィルタの切り換えは、外部制御信号であるセレクト信号１３１をセレクタ回路１１４に加えることで行われる。即ち、セレクト信号１３１によりセレクタ回路１１４は、画像データの注目画素の濃度又は注目画素を含む領域の濃度値群に基づいて平均化フィルタ（１）１１２と、平均化フィルタ（２）１１３の何れかを切り換え選択する。なお、図３に示す平均化フィルタは、図２に示す平均化フィルタと図４に示す平均化フィルタの中間的な特性を示す。図４の平均化フィルタの代わりにこの平均化フィルタを使用してもよいし、３種類から１種類を選択できるようにしてもよい。
【００２８】
また、ハードウエアで実現する場合など、ハード量の制限により主走査方向が３のものを使う場合もある。要は平均化フィルタであれば、これ以外でもよい。またソフトウエアで実現したりハード量に余裕がある場合は、例えば副走査方向のサイズを図２、図３、図４の例では３であるがそれぞれ、５，９，１５などのようにもっと大きくしてもよい。そうすれば、副走査方向にも主走査で説明したような効果が得られる。
【００２９】
図１２は本発明の第２の実施の形態を示す画像処理装置のブロック図である。図１２に示す第２の実施の形態の画像処理装置も、図１に示す第１の実施の形態の画像処理装置と同じ構成となっている。相違点は、第１の実施の形態の場合、セレクト信号１３１によって平均化フィルタを切り換えているのに対し、第２の実施の形態では、入力イメージデータの濃度信号並びにフィルタ切り換えしきい値信号１３２によってセレクタ回路１１４を駆動し、平均化フィルタを切り換えている点である。
【００３０】
図１３はセレクタ回路１１４の詳細ブロック図である。セレクタ回路１１４は、タイミング調整ブロック１４１，１４２，１４３、コンパレータ１４４、セレクタ１４５を備える。タイミング調整ブロック１４１，１４２，１４３はそれぞれ、フィルタでの画素遅延を合わせ込む働きをするブロックである。記憶素子（フリップ・フロップ）を直列に繋いで構成する。
【００３１】
入力データとフィルタ切り換えしきい値をコンパレータ１４４で比較して、入力データが大きいとき平均化フィルタ（２）１１３に、小さいか同じとき平均化フィルタ（１）１１２に切り換える。前述したように、平均化フィルタ（１）１１２は図２に示すフィルタが使用され、平均化フィルタ（２）１１３は図４に示すフィルタが使用されている。
【００３２】
図７に示す入力画像Ａに対しては図２に示すフィルタを、入力画像Ｚに対しては図４に示すフィルタを使用すれば、文字再現が良好になり、薄い文字も良好に再現できる。
【００３３】
図１４は平均化フィルタの第４の例を示す図である。このフィルタは、主走査方向を１５画素、副走査方向を９画素としたものである。このフィルタを平均化フィルタ（２）１１３に使用すると、図１１のイメージのように、副走査方向にも地肌上の文字再現が良好になる。ところで、しきい値設定フィルタを切り換えるとき、上記のように入力イメージデータを使うが、入力イメージデータにはノイズ成分が含まれている場合があり、地肌部の濃度が数画素分だけ濃くなったり薄くなったりする場合がある。これには、以下の様にして対処ができる。
【００３４】
図１５は本発明の第３の実施の形態を示す画像処理装置のブロック図である。この実施の形態は、平均化フィルタ（１）１１２，（２）１１３の出力をしきい値と比較し、しきい値設定フィルタを切り換えるものである。即ち、平均化フィルタの後の濃度データでしきい値設定フィルタを切り換える（周辺画素の濃度の平均値でしきい値設定手段を選択する）ことにより、ノイズによるしきい値の無駄な切り換えが無くなり、例えば、高濃度地肌上の文字に含まれるノイズにより、しきい値が図２のサイズの小さいフィルタに切り換わってしまうのを防ぐことができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、平滑化特性を異ならせたしきい値設定手段を２種類以上有し、そのうちの１種類を画像データの注目画素の濃度又は注目画素を含む領域の濃度値群に基づいて選択するようにしたので、原稿に最適な２値化しきい値を選択して画質向上に寄与することができる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、注目画素の濃度によりしきい値設定手段を選択することで、高濃度部の地肌上文字や薄く細い文字を同時に良好に２値化できる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、周辺画素の濃度の平均値でしきい値設定手段を選択することで、ノイズに影響されない安定したしきい値を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す画像処理装置のブロック図である。
【図２】平均化フィルタの第１の例を示す図である。
【図３】平均化フィルタの第２の例を示す図である。
【図４】平均化フィルタの第３の例を示す図である。
【図５】図２に示す平均化フィルタを使用した場合の出力を示す図である。
【図６】図４に示す平均化フィルタを使用した場合の出力を示す図である。
【図７】入力画像の一例を示す図である。
【図８】図７に示す入力画像を図２に示す平均化フィルタを使用して２値化した出力画像を示す図である。
【図９】図７に示す入力画像を図４に示す平均化フィルタを使用して２値化した出力画像を示す図である。
【図１０】図７に示す入力画像を平均化フィルタの切り換え制御で２値化した出力画像の第１の例を示す図である。
【図１１】図７に示す入力画像を平均化フィルタの切り換え制御で２値化した出力画像の第２の例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態を示す画像処理装置のブロック図である。
【図１３】セレクタ回路の詳細ブロック図である。
【図１４】平均化フィルタの第４の例を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態を示す画像処理装置のブロック図である。
【図１６】従来例の画像処理装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０１ γ補正回路
１０２ 平均化フィルタ
１０３ 画像判定部
１０４ ２値化処理部
１０５ 白抜処理部
１０８ しきい値算定部
１０９ 線画２値化部
１１０ 絵柄２値化部
１１２ 平均化フィルタ（１）
１１３ 平均化フィルタ（２）
１１４ セレクタ回路

Claims (3)

1. 画像データ中の注目画素の濃度を該注目画素の周辺画素濃度により平滑化し、平均値を算定する平滑化手段と、当該注目画素を２値化する際のしきい値が前記平滑化手段の出力する平均値に基づいて設定されるしきい値設定手段と、しきい値設定手段に設定されたしきい値に基づいて注目画素を濃度で２値化する２値化手段とを備えた画像処理装置において、
   平滑化特性を異ならせた２種類以上の平滑化手段にそれぞれ対応させてしきい値設定手段を２種類以上有し、画像データの注目画素の濃度又は注目画素を含む領域の濃度値群に基づいて前記しきい値設定手段の内の１つを選択するしきい値選択手段を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 請求項１記載において、前記しきい値選択手段は、注目画素の濃度に基づいて、前記しきい値設定手段を選択することを特徴とする画像処理装置。
3. 請求項１記載において、前記しきい値選択手段は、周辺画素の濃度の平均値に基づいて、前記しきい値設定手段を選択することを特徴とする画像処理装置。

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