JP3700357B2 - 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、多値の画像データを２値化する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、画像を形成するために画像データを処理する画像処理装置では、連続した階調を含んだ画像の明暗を０と１とに２値化するデータ処理が行われている。このような画像処理装置での従来のデータ処理を説明する。
【０００３】
図１７は、画像処理装置の全体構成の概略を説明するためのブロック図である。
【０００４】
画像処理装置は、全体を制御するＭＰＵ１と、ＣＣＤ等の光電変換素子およびこの光電変換素子を駆動し原稿の画像を走査するための駆動系からなる画像入力装置２と、画像入力装置２で得られたアナログの画像データをディジタルに変換するＡ／Ｄ変換装置３と、Ｌｏｇ変換を行うためのＬｏｇ変換装置４と、先鋭度を補正するための先鋭度補正（ＭＴＦ補正）装置５と、ガンマ補正を行うためのガンマ補正装置６と、画像データを２値化するための画像２値化装置７と、画像２値化装置７から得られたデータに基づいて画像を記録する画像記録装置８とを含んでいる。画像入力装置２から画像記録装置８までの各部は、ＭＰＵシステムバスによってＭＰＵ１に接続され、画像データバスによって直列に接続される。
これらの各部はＭＰＵシステムバスを介してＭＰＵ１に制御され、各部では画像データバスを介して画像データがやり取りされる。
【０００５】
これらのような画像処理装置の各部について説明する。画像入力装置２はたとえば連続階調画像と線画等とからなる混在原稿を走査して標本化アナログ信号を生成し、Ａ／Ｄ変換装置３はこの標本化アナログ信号を一画素が８ビット（２５６階調）の値を持つ連続階調反射データとして量子化する。Ｌｏｇ変換装置４はこの連続階調反射データとはｌｏｇ関係を有する８ビット連続階調濃度データを算出し、先鋭度補正装置５はたとえばラプラシアンフィルタ等のディジタルフィルタを用いて連続階調濃度データによる画像の先鋭度補正を行う。
【０００６】
また、ガンマ補正装置６は、画像入力装置２と画像記録装置８との階調カーブの差異を補正して画像処理装置全体として望ましいガンマ特性を実現するために、あるいは、画像処理装置の操作者が望むガンマ特性を実現するために、２５６ワード８ビット程度のＬＵＴ（ルックアップテーブル）ＲＡＭを用いて非線型ガンマ補正データによるガンマ補正を行う。
【０００７】
さらに、画像２値化装置７は、誤差拡散法等の面積階調２値化法を用いてガンマ補正された８ビット連続階調濃度データを明暗に応じた１ビット２値データに変換する。これらのようにして得られた１ビット２値データに基づいて、電子写真プリンタもしくはインクジェットプリンタ等である画像記録装置８では、記録媒体に画像が記録される。
【０００８】
このような画像処理装置の画像２値化装置７で用いられる誤差拡散法は、入力画像濃度と出力画像濃度との画素ごとの濃度差（２値化誤差）を算出し、注目する画素の周辺画素に対するこれらの算出結果を、特定の重み付けを施して、注目する画素の画像濃度に加算することにより、誤差を分散させていくものである。
【０００９】
この誤差拡散法については、文献Ｒ．Ｗ．Ｆｌｏｙｄ Ｌ．Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇ " Ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌｇｒａｙ ｓｃａｌｅ" ＳＩＤ．１７．ｐｐ．７５〜７７（１９７６）で報告がなされている。
【００１０】
２値化処理での入力される多値画像データを下記［数１］の第（１）式のようにｆ（ｘ，ｙ）、出力される２値画像データを第（２）式のようにｇ（ｘ，ｙ））とすると、２値化誤差Ｅｘｙは、第（３）式のように表わせる。
【００１１】
誤差拡散法は、このＥｘｙを平均して小さくしようとするものであり、入力される多値画像データに対して周辺誤差の重み付き平均誤差を加算することにより補正が行われる。この重み付き平均誤差Ｅａｖｅｘｙは第（４）式のように表わせる。ここで、ｋ、ｌにより注目画素に対してそれぞれ主走査方向、副走査方向への周辺画素が特定される。また、一般に、重み付け係数ｍｋ，ｌは注目画素に近いほど大きくされ、主走査方向へは５画素、副走査方向へは３画素の周辺画素が用いられるようＳが定められる。
【００１２】
これらより、注目画素の補正画像データは第（５）式のように表され、得られた補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に対して所定のしきい値Ｔｈで２値化が行なわれ、第（６）式のｇ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００１３】
また、２値化誤差Ｅｘｙは、第（７）式に示すように、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）と２値画像データｇ（ｘ，ｙ）から得られる基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）とから得られる。ここで、一般に基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）は第（８）式のように表され、ＨＢ、ＬＢはそれぞれ画素のダイナミックレンジの上限値（＝１）、下限値（＝０）で与えられる。
【００１４】
【数１】
これらにより、２値化誤差Ｅｘｙ、重み付き平均誤差Ｅａｖｅｘｙは下記［数２］の第（８）式、第（９）式のように表され、次に図１８に示すような、フィードバックループが構成される。
【００１５】
【数２】
このような誤差拡散法を用いて画像データを２値化するための従来の画像処理装置の画像２値化装置７を以下に説明する。図１８は、従来の画像処理装置の画像２値化装置７を説明するためのブロック図である。
【００１６】
画像２値化装置７は、多値画像データｆ（ｘ，ｙ）を補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に補正するための画像データ補正部９と、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）を２値画像データｇ（ｘ，ｙ）に２値化するための画像データ２値化部１０と、２値画像データｇ（ｘ，ｙ）から基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）を得るためのセレクタ１２と、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）と基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）とから２値化誤差Ｅｘｙを算出するための２値化誤差算出部１１と、２値化誤差を所定の領域にわたって一時的に格納するための誤差格納部１４と、２値化誤差Ｅｘｙを所定の領域にわたり重み付け平均し重み付き平均誤差Ｅａｖｅｘｙを算出するための誤差重み付けフィルタ１３とを含んでいる。これらのような構成の画像２値化装置７によって上述のような誤差拡散法を実行することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような誤差拡散法に対して次に示すような問題が挙げられている。誤差拡散法の第１の問題は、線・文字画像、特に、細線の再現性が良くないことである。これは、線画の幅が狭いために２値化誤差の伝播が間に合わず画像の途切れが生じるとともに、誤差の符号の反転によるエラーが発生しこのエラーの累積により線が領域をはずれたところでドットを発生させるために、線画の歪みを生じさせてしまうことによる。
【００１８】
また、誤差拡散法の第２の問題は、写真画像のように一様濃度レベルの画像の処理の際に、独特の縞模様（テクスチャ）が発生することである。これは、一様な濃度レベルの画像で、ある一定のパターンで誤差の拡散が行なわれてしまうことによる。
【００１９】
このような問題点を回避するために、フィルタ処理で用いる重み付け係数を乱数とするよう制御することによって拡散方向を制御する技術、蓄積された誤差をリセットすることにより拡散量を制御する技術、あるいは、特開昭６３−２１４０７９号公報に開示されているように、発生する縞模様の周波数特性に適したフィルタあるいはメディアンフィルタを用いて、２値化誤差データに対して重み付け平均を算出した後でフィルタ処理を行ない、処理後誤差データと入力画像データとを用いて２値化処理を行なう技術が提案されている。
【００２０】
しかしながら、これらの技術は、線・文字画像および写真画像など特定の原稿の画像には有効であるが、両者が混在するような場合には有効ではない。また、特に、２値化誤差データに対してフィルタ処理を行なう技術では、誤差の振幅を変化させることができるため縞模様の低減には効果があるが、誤差の拡散を制御することはできないため、線・文字画像に対しては有効ではない。
【００２１】
本発明は、これらを考慮してなされたもので、その目的は、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される画像処理装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像処理装置は、多値の画像データを２値化する際に発生する２値化誤差を算出する誤差算出手段と、算出された２値化誤差に所定のフィルタ処理を実行してフィルタ処理後２値化誤差を得るフィルタ手段と、注目画素周辺の所定領域内のフィルタ処理後２値化誤差に対して重み付け平均を算出する重み付け平均算出手段と、算出された重み付け平均を注目画素の画像データに加算する加算手段と、注目画素を含む所定の領域の特性を判別する判別手段と、を備え、上記フィルタ手段は、上記判別手段の判別結果に応じたフィルタ処理を行うことを特徴としている。
【００２４】
請求項１に記載の画像処理装置によると、フィルタ手段は、注目画素を含む所定の領域の特性を判別する判別手段の判別結果に応じたフィルタ処理を行うことによって２値化誤差の拡散がなめらかに増大されることとなり、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される。
請求項５に記載の画像処理装置は、多値の画像データを２値化する際に発生する２値化誤差を算出する誤差算出手段と、算出された２値化誤差に所定のフィルタ処理を実行してフィルタ処理後２値化誤差を得るフィルタ手段と、注目画素周辺の所定領域内のフィルタ処理後２値化誤差に対して重み付け平均を算出する重み付け平均算出手段と、算出された重み付け平均を注目画素の画像データに加算する加算手段と、を備え、上記重み付け平均算出手段は、注目画素周辺の所定領域内において、注目画素から離れた領域についてはフィルタ処理後２値化誤差を使用しその他の領域については２値化誤差をそのまま使用して重み付け平均を行うことを特徴としている。
請求項５に記載の画像処理装置によると、重み付け平均算出手段は、注目画素周辺の所定領域内において、注目画素から離れた領域についてはフィルタ処理後２値化誤差を使用しその他の領域につていは２値化誤差をそのまま使用して重み付け平均を行うことによって誤差拡散法本来のもつ解像度と階調の再現性とを損なうことがない。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態である画像処理装置について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施の形態である画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である。本画像処理装置の全体構成は、図１７を用いて説明した従来の画像処理装置の全体構成に準ずるものとする。
【００３３】
画像２値化処理装置７は、誤差拡散法を実行するために、上述と同様、多値画像データｆ（ｘ，ｙ）を補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に補正するための画像データ補正部１５と、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）を２値画像データｇ（ｘ，ｙ）に２値化するための画像データ２値化部１６と、２値画像データｇ（ｘ，ｙ）から基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）を得るためのセレクタ１８と、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）と基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）とから２値化誤差Ｅｘｙを算出するための２値化誤差算出部１７と、２値化誤差Ｅｘｙを所定の領域にわたって一時的に記憶するためのメモリ部２０とを含んでいる。
【００３４】
さらに、画像２値化処理装置７は、２値化誤差Ｅｘｙに対してフィルタ処理を行なうためのフィルタ処理部２１と、フィルタ処理が行なわれた２値化誤差Ｅｘｙから重み付き平均誤差Ｅａｖｅｘｙを算出するための誤差重み付けフィルタ１９と、２値化処理を行なっている領域を含む所定の局所領域が線・文字画像領域であるか写真画像領域であるかを判定する領域判定装置２２とを含んでいる。
【００３５】
２値化誤差算出部１７において算出される２値化誤差Ｅｘｙは、メモリ部２０に格納され、領域判定装置２２の局所領域判別結果に応じて処理を行なうか否かが切り替えられつつ、フィルタ処理部２１によりフィルタ処理される。フィルタ処理されたデータ（あるいはフィルタ処理されずにフィルタ処理部２１を通過したデータ）に対しては、誤差重み付けフィルタ１９によりメモリ部２０の３ライン分のデータが用いられて重み付け演算が行なわれる。この重み付け演算により得られた２値化誤差Ｅｘｙにより、多値画像データｆ（ｘ，ｙ）は画像データ補正部１５で補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に補正され、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）が画像データ２値化部１６で２値化されて２値画像データｇ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００３６】
図２は図１の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図であり、図３は図２のフィルタ処理部２１で用いられるフィルタの例を示す図である。
【００３７】
図２に示すように、メモリ部２０には、２値化誤差Ｅｘｙを格納するためのラインメモリ２３、２４と、フィルタ処理部２１で処理された後のデータ（以下、フィルタ処理後データとすることがある）を格納するためのラインメモリ２５とが含まれ、また、フィルタ処理部２１には、図３に示す３×３マトリクスで構成されるスムージングフィルタを用いることができる。
【００３８】
フィルタ処理部２１でのスムージングフィルタ処理は、ラインメモリ２３に格納されている現２値化誤差データと、ラインメモリ２４に格納されている前ライン処理における２値化誤差データと、ラインメモリ２５に格納されている前ラインフィルタ処理後データとを参照して行なわれる。このフィルタ処理の際の注目画素はラインメモリ２４に格納されている前ライン処理における２値化誤差データであり、フィルタ処理部２１でのスムージング処理の結果はラインメモリ２５に書き込まれ、次ライン処理においてこの処理結果が参照される。
【００３９】
また、フィルタ処理部２１でこれらのようにして処理されることにより得られたフィルタ処理後データは、誤差重み付けフィルタ１９（図２参照）で、注目画素に対して重み付け平均され、画像データ補正部１５（図１参照）で、入力される多値画像データとの加算が行なわれた後に、画像データ２値化部１６（図１参照）で２値化処理される。
【００４０】
領域判定装置２２（図２参照）は、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すか否かを判定し、この判定の結果は、判定信号としてゲート２６に入力される。領域判定装置２２で、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定された場合には、フィルタ処理部２１でのフィルタ処理は行なわれることなく２値化誤差データは誤差重み付けフィルタ１９に直接入力され、入力される画像データが滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定されなかった場合には、フィルタ処理部２１でフィルタ処理が行なわれた後に２値化誤差データは誤差重み付けフィルタ１９に入力される。
【００４１】
図４は、２値化誤差の伝播を模式的に説明するための図である。図４（ａ）は従来の画像処理装置での２値化誤差の伝播を説明するための図であり、図４（ｂ）は本発明の画像処理装置での２値化誤差の伝播を説明するための図である。ここでは、線画像を誤差拡散法により２値化処理した場合の２値化誤差の伝播状況が拡散量（絶対値）と伝播方向（矢印で示す）とによって表されている。
【００４２】
図４（ａ）に示す誤差の伝播では、誤差の拡散が遅れることにより隣接する線画像に誤差が干渉し、がたつきやノイズが発生して画像の品質を低下させている。
【００４３】
これに対して、図４（ｂ）に示す誤差の伝播では、誤差の拡散を小領域で済ませるような処理が２値化誤差に対して施されている。２値化誤差の伝播で急激に拡散を停止させたりキャンセルしたりすると、写真画像のように２値化誤差の分散が小さい場合に、大幅に階調性を損ねることになるため、本画像処理装置のフィルタ処理部２１ではスムージングフィルタを用い、かつ、その処理結果を次ライン処理に再度使用することで、スムージング効果を徐々に増大させ、誤差の拡散が滑らかになるよう制御されている。
【００４４】
さらに、本画像処理装置のフィルタ処理部２１では、フィルタ処理のために参照するデータを２値化誤差について多く含める（フィルタ処理後データがラインメモリ２５の１ライン分参照されるのに対し、２値化誤差データがラインメモリ２３とラインメモリ２４との２ライン分参照される。）ことにより、２値化誤差そのものの持つ特性が保存され、フィルタ処理部２１でのフィルタ処理されたデータを格納するラインメモリ２５（図２参照）と後段の誤差重み付けフィルタ１９（図２参照）で参照する注目画素から最も離れたラインとを対応させることにより、誤差拡散法本来のもつ解像度と階調の再現性とを損なうことがない。
【００４５】
また、写真画像のように階調変化が滑らかな画像の場合、２値化誤差の振幅の変化が元々小さく、このような２値化誤差にスムージング処理を施すと、２値化誤差が小さくなり、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）（図１参照）の変化が希少になってしまうため、疑似輪郭が発生するケースが生じる。このようなケースに対応するために、本画像処理装置の画像２値化装置７（図１参照）では、領域判定装置において、線・文字画像であるか写真画像であるかを判定して、この判定結果に応じてフィルタ処理を行なうか否かの切り替えを行なっている。
【００４６】
続いて、図２の領域判定装置２２について説明する。図５は、写真領域であるか否かを判定するための第１の領域判定装置を説明するための図である。
【００４７】
第１の領域判定装置には、ラインメモリ２７と最大値・最小値検出フィルタ２８と減算器２９と比較器３０とが含まれる。入力される多値画像データは、ラインメモリ２７により４ライン分記憶され、最大値・最小値検出フィルタ２８により５×５局所領域内の図に示すａからｘまでの２５画素の最大値および最小値が検出される。検出された最大値・最小値は、減算器２９によりその差（最大値−最小値）が算出され、比較器３０によりＭＰＵ（図１７のＭＰＵ１）が与える領域判定しきい値と比較される。前述の最大値と最小値との差がしきい値よりも小さければ写真領域と判定され判別信号がゲート２６（図２参照）に出力される。
【００４８】
また、領域判定装置を次のように構成することもできる。図６は、写真領域であるか否かを判定するための第２の領域判定装置を説明するための図である。
【００４９】
第２の領域判定装置には、ラインメモリ２７とエッジ検出フィルタ３１と比較器３２とが含まれる。入力される多値画像データは、ラインメモリ２７により４ライン分記憶され、一次微分フィルタや二次微分フィルタ、あるいは、それらの組み合わせより構成されるフィルタ等からなるエッジ検出フィルタ３１により、５×５局所領域内のエッジ量が検出され、それらの絶対値が出力される。検出されるエッジ量は、比較器３２によりＭＰＵ（図１７のＭＰＵ１）が与える領域判定しきい値と比較される。前述のエッジ量がしきい値より小さければ写真領域と判定され、判別信号がゲート２６（図２参照）に出力される。
【００５０】
以上のようなフィルタ処理部２１、領域判定装置２２を含む画像２値化装置７を有する本画像処理装置でのフィルタ処理によると、線・文字画像であるか写真画像であるかを問わず、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される。さらに、画像２値化装置７でのフィルタ処理は、誤差拡散法におけるフィードバックループ内の演算系とは別の独立した処理であるため、フィードバックループ内の演算速度への負荷をかけることなく、かつ、フィルタ処理用として追加メモリを要しない。
【００５１】
なお、以上のように、フィルタ処理部２１では図３に示すような３×３マトリクスサイズのスムージングフィルタを用いたが、ラインメモリ２３〜２５等の構成の変更を伴って、処理画像に応じて５×５マトリクスサイズのスムージングフィルタや、メディアンフィルタなどの非線型スムージングフィルタを用いて上記と同様の効果を上げることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施の形態の画像処理装置、第３の実施の形態の画像処理装置、第４の実施の形態の画像処理装置について説明する。以下では、同様の機能を有する部分には、同様の符号を用いている。
【００５３】
図７は本発明の第２の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図であり、図８は図７のフィルタ処理部２１で用いられるフィルタの例を示す図である。本画像処理装置の全体構成、画像２値化装置内のデータの流れ等は、第１の実施の形態の画像処理装置と同様である。
【００５４】
図７に示すように、メモリ部２０には、２値化誤差Ｅｘｙを格納するためのラインメモリ２３と、フィルタ処理部２１で処理されたフィルタ処理後データを格納するためのラインメモリ２５とが含まれ、また、フィルタ処理部２１には、図８に示す３×２マトリクスで構成されるスムージングフィルタを用いることができる。なお、フィルタ処理部２１のフィルタ処理係数は、第１の実施の形態である画像処理装置と同様の効果を上げるために、重み付け係数を２倍としているが、これに限られるものではない。
【００５５】
フィルタ処理部２１でのスムージングフィルタ処理は、ラインメモリ２３に格納されている現２値化誤差データと、ラインメモリ２５に格納されている前ラインフィルタ処理後データとを参照して行なわれる。このフィルタ処理の際の注目画素はラインメモリ２３の前ライン２値化誤差データであり、スムージング処理の結果はラインメモリ２５に書き込まれ、次ライン処理においてこの処理結果が参照される。
【００５６】
フィルタ処理部２１でこれらのようにして処理されることにより得られたフィルタ処理後データは、誤差重み付けフィルタ１９（図７参照）で、注目画素に対して重み付け平均され、画像データ補正部１５（図１参照）で、入力される多値画像データとの加算が行なわれた後に、画像データ２値化部１６（図１参照）で２値化処理される。
【００５７】
領域判定装置２２（図２参照）は、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すか否かを判定し、この判定の結果は、判定信号としてゲート２６に入力される。領域判定装置２２で、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定された場合には、フィルタ処理部２１でのフィルタ処理は行なわれることなく２値化誤差データは誤差重み付けフィルタ１９に直接入力され、入力される画像データが滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定されなかった場合には、フィルタ処理部２１でフィルタ処理が行なわれた後に２値化誤差データは誤差重み付けフィルタ１９に入力される。領域判定装置２２については、上述の第１の実施の形態の画像処理装置と同様に、図５、図６に示すものを用いることができる。
【００５８】
これらのように、スムージング処理結果は、ラインメモリ２５に書き込まれ、次ライン処理においてこの処理結果が参照されてスムージング処理が施されるため、処理が進行するにつれてスムージング処理の効果が大きくなり、誤差の拡散を滑らかに制御することができる。また、ラインメモリ２３の２値化誤差データを２ライン分用いてフィルタ処理を行なっているが、これは、より多くの２値化誤差データを用いることにより、２値化誤差の特性を保存するためである。
【００５９】
以上のようなフィルタ処理部２１、領域判定装置２２を含む画像２値化装置７を有する本画像処理装置でのフィルタ処理によると、線・文字画像であるか写真画像であるかを問わず、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される。さらに、画像２値化装置７でのフィルタ処理は、誤差拡散法におけるフィードバックループ内の演算系とは別の独立した処理であるため、フィードバックループ内の演算速度への負荷をかけることなく、かつ、フィルタ処理用として追加メモリを要しない。
【００６０】
図９は本発明の第３の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図であり、図１０は図９のフィルタ処理部２１で用いられる２種類のフィルタのうちの一方の例を示す図である。本画像処理装置の全体構成、画像２値化装置内のデータの流れ等の、フィルタ処理部のフィルタのフィルタ係数の設定以外の処理とこの設定に用いられる構成以外の構成は、第１の実施の形態の画像処理装置と同様である。
【００６１】
図９に示すように、メモリ部２０には、２値化誤差Ｅｘｙを格納するためのラインメモリ２３、２４と、フィルタ処理部２１で処理されたフィルタ処理後データを格納するためのラインメモリ２５とが含まれ、また、フィルタ係数格納ルックアップテーブル３３は、図３に示すフィルタと図８に示すフィルタとの２種類のフィルタのフィルタ係数を格納する。
【００６２】
領域判定処理装置２２は、上述の第１の実施の形態の画像処理装置と同様に図５、図６に示すものを用いることができ、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すか否かを判定し、この判定の結果に応じて、フィルタ処理部２１で用いられるフィルタのフィルタ係数が切り替えられる。
【００６３】
すなわち、領域判定装置２２で、入力される画像データが写真のような滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定された場合には、図１０に示すように、フィルタ処理部２１のフィルタ係数ａ、ｂ、ｃをこれら以外より小さくすることでフィルタ処理によるスムージング効果が減じられ、疑似輪郭の発生を防ぐことができる。また、領域判定装置２２で、入力される画像データが滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定されなかった場合には、図３に示すようにフィルタ処理部２１のフィルタ係数を均等に配分するか、あるいは、フィルタ係数ａ、ｂ、ｃをこれら以外より大きくすることでスムージング効果を大きくすることができ、線・文字等の画像の再現が良好になる。
【００６４】
以上のようなフィルタ処理部２１、領域判定装置２２を含む画像２値化装置７を有する本画像処理装置でのフィルタ処理によると、線・文字画像であるか写真画像であるかを問わず、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される。さらに、画像２値化装置７でのフィルタ処理は、誤差拡散法におけるフィードバックループ内の演算系とは別の独立した処理であるため、フィードバックループ内の演算速度への負荷をかけることなく、かつ、フィルタ処理用として追加メモリを要しない。
【００６５】
図１１は、本発明の第４の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である。図１１は第１の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である図１に対応し、本画像処理装置の全体構成は図１７を用いて説明した従来の画像処理装置の全体構成に準ずるものとする。
【００６６】
本画像処理装置の画像２値化処理装置７は、第１の実施の形態の画像処理装置とは異なり、２値化処理を行なっている領域を含む所定の局所領域が線・文字画像領域であるか写真画像領域であるかを判定する装置（図１に示す領域判定装置２２）を有していない。
【００６７】
２値化誤差算出部１７において算出される２値化誤差Ｅｘｙはメモリ部２０に格納され、フィルタ処理部２１によりフィルタ処理される。フィルタ処理されたデータに対しては、第１の実施の形態の画像処理装置と同様にして、誤差重み付けフィルタ１９によりメモリ部２０の３ライン分のデータが用いられて重み付け演算が行なわれる。この重み付け演算により得られた２値化誤差Ｅｘｙにより、多値画像データｆ（ｘ，ｙ）は画像データ補正部１５で補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に補正され、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）が画像データ２値化部１６で２値化されて２値画像データｇ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００６８】
以上のような画像２値化装置７を有する本画像処理装置でのフィルタ処理によると、特に、線・文字画像を表す多値の画像データが簡便に高品質の画像となるよう２値化される。更に、画像２値化装置７でのフィルタ処理は、誤差拡散法におけるフィードバックルーブ内の演算系と別の独立した処理であるため、フィードバックループ内の演算速度への負荷をかけることなく、かつ、フィルタ処理用として追加メモリを要しない。
【００６９】
次に、従来の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像と比較しつつ、本発明の実施の形態の画像処理装置の画像２値化装置で２値化処理された画像データによる画像を説明する。
【００７０】
図１２は、従来の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【００７１】
図１２によると、従来の画像処理装置では、図のＡ部に示す線・文字画像で、線、文字の周辺にドットが分散しており、また、線、文字の途切れやがたつきが著しいことが確認される。
【００７２】
図１３、図１４は、本発明の第１の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。図１３は第１の実施の形態である画像処理装置に図５に示す第１の領域判別装置（最大値・最小値検出による領域判別）を用いた際の画像を示す図であり、図１４は第１の実施の形態である画像処理装置に図５に示す第２の領域判別装置（エッジ検出による領域判別）を用いた際の画像を示す図である。
【００７３】
本画像処理装置による画像は、第１の領域判別装置を用いた際にも第２の領域判別装置を用いた際にも、後に示す第４の実施の形態である画像処理装置とは異なり、写真画像領域での疑似輪郭の発生は認められない（図１３のＢ部、図１４のＤ部参照）。また、従来の画像処理装置に見られた線・文字画像でのドットの分散、線・文字の途切れやがたつきは、図１４のＥ部に示す線・文字画像にわずかに認められるものの、図１３のＢ部に示す線・文字画像にはほぼ完全に認められておらず、図１３、図１４に示す画像はいずれも品質の高い画像となっている。
【００７４】
図１５は、本発明の第３の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。本画像処理装置による画像は、第１の実施の形態である画像処理装置と同様、非常に高品質の画像となっている。
【００７５】
図１６は、本発明の第４の実施の形態である画像処理装置でにより２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【００７６】
図１６によると、第４の実施の形態の画像処理装置では、写真画像の一部で疑似輪郭が生じているものの（図１６のＦ部参照）、線・文字画像には従来の画像処理装置に見られた線・文字画像でのドットの分散、線・文字の途切れやがたつきは認められず、図１６に示す画像は線・文字の画像について高品質の画像となっている。
【００７７】
以上のように第１の実施の形態の画像処理装置、第３の実施の形態の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像は、線・文字画像であるか写真画像であるかを問わず、従来の画像処理装置による画像に比べて高品質の画像であることが確認される。また、第４の実施の形態の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像は、特に、線・文字画像について、従来の画像処理装置による画像に比べて高品質であるであることが確認される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図である。
【図３】図２のフィルタ処理部２１で用いられるフィルタの例を示す図である。
【図４】２値化誤差の伝播を模式的に説明するための図である。
【図５】写真領域であるか否かを判定するための第１の領域判定装置を説明するための図である。
【図６】写真領域であるか否かを判定するための第２の領域判定装置を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図である。
【図８】図７のフィルタ処理部２１で用いられるフィルタの例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図である。
【図１０】図９のフィルタ処理部２１で用いられる２種類のフィルタのうちの一方の例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である。
【図１２】従来の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための第１の図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための第２の図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態である画像処理装置でにより２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【図１７】画像処理装置の全体構成の概略を説明するためのブロック図である。
【図１８】従来の画像処理装置の画像２値化装置７を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１ ＭＰＵ
２ 画像入力装置
３ Ａ／Ｄ変換装置
４ ｌｏｇ変換装置
５ ＭＴＦ補正装置
６ ガンマ補正装置
７ 画像２値化装置
８ 画像記録装置
１５ 画像データ補正部
１６ 画像データ２値化部
１７ ２値化誤差算出部
１８ セレクタ
１９ 誤差重み付けフィルタ
２０ メモリ部
２１ フィルタ処理部
２２ 領域判定装置
２３〜２５ ラインメモリ
２６ ゲート
２７ ラインメモリ
２８ 最大値・最小値検出フィルタ
２９ 減算器
３０、３２ 比較器
３１ エッジ検出フィルタ
３３ フィルタ係数格納ルックアップテーブル
ｆ（ｘ，ｙ） 多値画像データ
ｇ（ｘ，ｙ） ２値画像データ
Ｅｘｙ ２値化誤差
Ｅａｖｅｘｙ 重み付き平均誤差
ｍｋ，ｌ 重み付け係数
ｆ' （ｘ，ｙ） 補正画像データ
ｇ' （ｘ，ｙ） 基準２値画像データ
Ｔｈ しきい値
【発明の属する技術分野】
本発明は、多値の画像データを２値化する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、画像を形成するために画像データを処理する画像処理装置では、連続した階調を含んだ画像の明暗を０と１とに２値化するデータ処理が行われている。このような画像処理装置での従来のデータ処理を説明する。
【０００３】
図１７は、画像処理装置の全体構成の概略を説明するためのブロック図である。
【０００４】
画像処理装置は、全体を制御するＭＰＵ１と、ＣＣＤ等の光電変換素子およびこの光電変換素子を駆動し原稿の画像を走査するための駆動系からなる画像入力装置２と、画像入力装置２で得られたアナログの画像データをディジタルに変換するＡ／Ｄ変換装置３と、Ｌｏｇ変換を行うためのＬｏｇ変換装置４と、先鋭度を補正するための先鋭度補正（ＭＴＦ補正）装置５と、ガンマ補正を行うためのガンマ補正装置６と、画像データを２値化するための画像２値化装置７と、画像２値化装置７から得られたデータに基づいて画像を記録する画像記録装置８とを含んでいる。画像入力装置２から画像記録装置８までの各部は、ＭＰＵシステムバスによってＭＰＵ１に接続され、画像データバスによって直列に接続される。
これらの各部はＭＰＵシステムバスを介してＭＰＵ１に制御され、各部では画像データバスを介して画像データがやり取りされる。
【０００５】
これらのような画像処理装置の各部について説明する。画像入力装置２はたとえば連続階調画像と線画等とからなる混在原稿を走査して標本化アナログ信号を生成し、Ａ／Ｄ変換装置３はこの標本化アナログ信号を一画素が８ビット（２５６階調）の値を持つ連続階調反射データとして量子化する。Ｌｏｇ変換装置４はこの連続階調反射データとはｌｏｇ関係を有する８ビット連続階調濃度データを算出し、先鋭度補正装置５はたとえばラプラシアンフィルタ等のディジタルフィルタを用いて連続階調濃度データによる画像の先鋭度補正を行う。
【０００６】
また、ガンマ補正装置６は、画像入力装置２と画像記録装置８との階調カーブの差異を補正して画像処理装置全体として望ましいガンマ特性を実現するために、あるいは、画像処理装置の操作者が望むガンマ特性を実現するために、２５６ワード８ビット程度のＬＵＴ（ルックアップテーブル）ＲＡＭを用いて非線型ガンマ補正データによるガンマ補正を行う。
【０００７】
さらに、画像２値化装置７は、誤差拡散法等の面積階調２値化法を用いてガンマ補正された８ビット連続階調濃度データを明暗に応じた１ビット２値データに変換する。これらのようにして得られた１ビット２値データに基づいて、電子写真プリンタもしくはインクジェットプリンタ等である画像記録装置８では、記録媒体に画像が記録される。
【０００８】
このような画像処理装置の画像２値化装置７で用いられる誤差拡散法は、入力画像濃度と出力画像濃度との画素ごとの濃度差（２値化誤差）を算出し、注目する画素の周辺画素に対するこれらの算出結果を、特定の重み付けを施して、注目する画素の画像濃度に加算することにより、誤差を分散させていくものである。
【０００９】
この誤差拡散法については、文献Ｒ．Ｗ．Ｆｌｏｙｄ Ｌ．Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇ " Ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌｇｒａｙ ｓｃａｌｅ" ＳＩＤ．１７．ｐｐ．７５〜７７（１９７６）で報告がなされている。
【００１０】
２値化処理での入力される多値画像データを下記［数１］の第（１）式のようにｆ（ｘ，ｙ）、出力される２値画像データを第（２）式のようにｇ（ｘ，ｙ））とすると、２値化誤差Ｅｘｙは、第（３）式のように表わせる。
【００１１】
誤差拡散法は、このＥｘｙを平均して小さくしようとするものであり、入力される多値画像データに対して周辺誤差の重み付き平均誤差を加算することにより補正が行われる。この重み付き平均誤差Ｅａｖｅｘｙは第（４）式のように表わせる。ここで、ｋ、ｌにより注目画素に対してそれぞれ主走査方向、副走査方向への周辺画素が特定される。また、一般に、重み付け係数ｍｋ，ｌは注目画素に近いほど大きくされ、主走査方向へは５画素、副走査方向へは３画素の周辺画素が用いられるようＳが定められる。
【００１２】
これらより、注目画素の補正画像データは第（５）式のように表され、得られた補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に対して所定のしきい値Ｔｈで２値化が行なわれ、第（６）式のｇ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００１３】
また、２値化誤差Ｅｘｙは、第（７）式に示すように、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）と２値画像データｇ（ｘ，ｙ）から得られる基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）とから得られる。ここで、一般に基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）は第（８）式のように表され、ＨＢ、ＬＢはそれぞれ画素のダイナミックレンジの上限値（＝１）、下限値（＝０）で与えられる。
【００１４】
【数１】
【００１５】
【数２】
【００１６】
画像２値化装置７は、多値画像データｆ（ｘ，ｙ）を補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に補正するための画像データ補正部９と、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）を２値画像データｇ（ｘ，ｙ）に２値化するための画像データ２値化部１０と、２値画像データｇ（ｘ，ｙ）から基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）を得るためのセレクタ１２と、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）と基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）とから２値化誤差Ｅｘｙを算出するための２値化誤差算出部１１と、２値化誤差を所定の領域にわたって一時的に格納するための誤差格納部１４と、２値化誤差Ｅｘｙを所定の領域にわたり重み付け平均し重み付き平均誤差Ｅａｖｅｘｙを算出するための誤差重み付けフィルタ１３とを含んでいる。これらのような構成の画像２値化装置７によって上述のような誤差拡散法を実行することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のような誤差拡散法に対して次に示すような問題が挙げられている。誤差拡散法の第１の問題は、線・文字画像、特に、細線の再現性が良くないことである。これは、線画の幅が狭いために２値化誤差の伝播が間に合わず画像の途切れが生じるとともに、誤差の符号の反転によるエラーが発生しこのエラーの累積により線が領域をはずれたところでドットを発生させるために、線画の歪みを生じさせてしまうことによる。
【００１８】
また、誤差拡散法の第２の問題は、写真画像のように一様濃度レベルの画像の処理の際に、独特の縞模様（テクスチャ）が発生することである。これは、一様な濃度レベルの画像で、ある一定のパターンで誤差の拡散が行なわれてしまうことによる。
【００１９】
このような問題点を回避するために、フィルタ処理で用いる重み付け係数を乱数とするよう制御することによって拡散方向を制御する技術、蓄積された誤差をリセットすることにより拡散量を制御する技術、あるいは、特開昭６３−２１４０７９号公報に開示されているように、発生する縞模様の周波数特性に適したフィルタあるいはメディアンフィルタを用いて、２値化誤差データに対して重み付け平均を算出した後でフィルタ処理を行ない、処理後誤差データと入力画像データとを用いて２値化処理を行なう技術が提案されている。
【００２０】
しかしながら、これらの技術は、線・文字画像および写真画像など特定の原稿の画像には有効であるが、両者が混在するような場合には有効ではない。また、特に、２値化誤差データに対してフィルタ処理を行なう技術では、誤差の振幅を変化させることができるため縞模様の低減には効果があるが、誤差の拡散を制御することはできないため、線・文字画像に対しては有効ではない。
【００２１】
本発明は、これらを考慮してなされたもので、その目的は、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される画像処理装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像処理装置は、多値の画像データを２値化する際に発生する２値化誤差を算出する誤差算出手段と、算出された２値化誤差に所定のフィルタ処理を実行してフィルタ処理後２値化誤差を得るフィルタ手段と、注目画素周辺の所定領域内のフィルタ処理後２値化誤差に対して重み付け平均を算出する重み付け平均算出手段と、算出された重み付け平均を注目画素の画像データに加算する加算手段と、注目画素を含む所定の領域の特性を判別する判別手段と、を備え、上記フィルタ手段は、上記判別手段の判別結果に応じたフィルタ処理を行うことを特徴としている。
【００２４】
請求項１に記載の画像処理装置によると、フィルタ手段は、注目画素を含む所定の領域の特性を判別する判別手段の判別結果に応じたフィルタ処理を行うことによって２値化誤差の拡散がなめらかに増大されることとなり、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される。
請求項５に記載の画像処理装置は、多値の画像データを２値化する際に発生する２値化誤差を算出する誤差算出手段と、算出された２値化誤差に所定のフィルタ処理を実行してフィルタ処理後２値化誤差を得るフィルタ手段と、注目画素周辺の所定領域内のフィルタ処理後２値化誤差に対して重み付け平均を算出する重み付け平均算出手段と、算出された重み付け平均を注目画素の画像データに加算する加算手段と、を備え、上記重み付け平均算出手段は、注目画素周辺の所定領域内において、注目画素から離れた領域についてはフィルタ処理後２値化誤差を使用しその他の領域については２値化誤差をそのまま使用して重み付け平均を行うことを特徴としている。
請求項５に記載の画像処理装置によると、重み付け平均算出手段は、注目画素周辺の所定領域内において、注目画素から離れた領域についてはフィルタ処理後２値化誤差を使用しその他の領域につていは２値化誤差をそのまま使用して重み付け平均を行うことによって誤差拡散法本来のもつ解像度と階調の再現性とを損なうことがない。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態である画像処理装置について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施の形態である画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である。本画像処理装置の全体構成は、図１７を用いて説明した従来の画像処理装置の全体構成に準ずるものとする。
【００３３】
画像２値化処理装置７は、誤差拡散法を実行するために、上述と同様、多値画像データｆ（ｘ，ｙ）を補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に補正するための画像データ補正部１５と、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）を２値画像データｇ（ｘ，ｙ）に２値化するための画像データ２値化部１６と、２値画像データｇ（ｘ，ｙ）から基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）を得るためのセレクタ１８と、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）と基準２値画像データｇ' （ｘ，ｙ）とから２値化誤差Ｅｘｙを算出するための２値化誤差算出部１７と、２値化誤差Ｅｘｙを所定の領域にわたって一時的に記憶するためのメモリ部２０とを含んでいる。
【００３４】
さらに、画像２値化処理装置７は、２値化誤差Ｅｘｙに対してフィルタ処理を行なうためのフィルタ処理部２１と、フィルタ処理が行なわれた２値化誤差Ｅｘｙから重み付き平均誤差Ｅａｖｅｘｙを算出するための誤差重み付けフィルタ１９と、２値化処理を行なっている領域を含む所定の局所領域が線・文字画像領域であるか写真画像領域であるかを判定する領域判定装置２２とを含んでいる。
【００３５】
２値化誤差算出部１７において算出される２値化誤差Ｅｘｙは、メモリ部２０に格納され、領域判定装置２２の局所領域判別結果に応じて処理を行なうか否かが切り替えられつつ、フィルタ処理部２１によりフィルタ処理される。フィルタ処理されたデータ（あるいはフィルタ処理されずにフィルタ処理部２１を通過したデータ）に対しては、誤差重み付けフィルタ１９によりメモリ部２０の３ライン分のデータが用いられて重み付け演算が行なわれる。この重み付け演算により得られた２値化誤差Ｅｘｙにより、多値画像データｆ（ｘ，ｙ）は画像データ補正部１５で補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に補正され、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）が画像データ２値化部１６で２値化されて２値画像データｇ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００３６】
図２は図１の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図であり、図３は図２のフィルタ処理部２１で用いられるフィルタの例を示す図である。
【００３７】
図２に示すように、メモリ部２０には、２値化誤差Ｅｘｙを格納するためのラインメモリ２３、２４と、フィルタ処理部２１で処理された後のデータ（以下、フィルタ処理後データとすることがある）を格納するためのラインメモリ２５とが含まれ、また、フィルタ処理部２１には、図３に示す３×３マトリクスで構成されるスムージングフィルタを用いることができる。
【００３８】
フィルタ処理部２１でのスムージングフィルタ処理は、ラインメモリ２３に格納されている現２値化誤差データと、ラインメモリ２４に格納されている前ライン処理における２値化誤差データと、ラインメモリ２５に格納されている前ラインフィルタ処理後データとを参照して行なわれる。このフィルタ処理の際の注目画素はラインメモリ２４に格納されている前ライン処理における２値化誤差データであり、フィルタ処理部２１でのスムージング処理の結果はラインメモリ２５に書き込まれ、次ライン処理においてこの処理結果が参照される。
【００３９】
また、フィルタ処理部２１でこれらのようにして処理されることにより得られたフィルタ処理後データは、誤差重み付けフィルタ１９（図２参照）で、注目画素に対して重み付け平均され、画像データ補正部１５（図１参照）で、入力される多値画像データとの加算が行なわれた後に、画像データ２値化部１６（図１参照）で２値化処理される。
【００４０】
領域判定装置２２（図２参照）は、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すか否かを判定し、この判定の結果は、判定信号としてゲート２６に入力される。領域判定装置２２で、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定された場合には、フィルタ処理部２１でのフィルタ処理は行なわれることなく２値化誤差データは誤差重み付けフィルタ１９に直接入力され、入力される画像データが滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定されなかった場合には、フィルタ処理部２１でフィルタ処理が行なわれた後に２値化誤差データは誤差重み付けフィルタ１９に入力される。
【００４１】
図４は、２値化誤差の伝播を模式的に説明するための図である。図４（ａ）は従来の画像処理装置での２値化誤差の伝播を説明するための図であり、図４（ｂ）は本発明の画像処理装置での２値化誤差の伝播を説明するための図である。ここでは、線画像を誤差拡散法により２値化処理した場合の２値化誤差の伝播状況が拡散量（絶対値）と伝播方向（矢印で示す）とによって表されている。
【００４２】
図４（ａ）に示す誤差の伝播では、誤差の拡散が遅れることにより隣接する線画像に誤差が干渉し、がたつきやノイズが発生して画像の品質を低下させている。
【００４３】
これに対して、図４（ｂ）に示す誤差の伝播では、誤差の拡散を小領域で済ませるような処理が２値化誤差に対して施されている。２値化誤差の伝播で急激に拡散を停止させたりキャンセルしたりすると、写真画像のように２値化誤差の分散が小さい場合に、大幅に階調性を損ねることになるため、本画像処理装置のフィルタ処理部２１ではスムージングフィルタを用い、かつ、その処理結果を次ライン処理に再度使用することで、スムージング効果を徐々に増大させ、誤差の拡散が滑らかになるよう制御されている。
【００４４】
さらに、本画像処理装置のフィルタ処理部２１では、フィルタ処理のために参照するデータを２値化誤差について多く含める（フィルタ処理後データがラインメモリ２５の１ライン分参照されるのに対し、２値化誤差データがラインメモリ２３とラインメモリ２４との２ライン分参照される。）ことにより、２値化誤差そのものの持つ特性が保存され、フィルタ処理部２１でのフィルタ処理されたデータを格納するラインメモリ２５（図２参照）と後段の誤差重み付けフィルタ１９（図２参照）で参照する注目画素から最も離れたラインとを対応させることにより、誤差拡散法本来のもつ解像度と階調の再現性とを損なうことがない。
【００４５】
また、写真画像のように階調変化が滑らかな画像の場合、２値化誤差の振幅の変化が元々小さく、このような２値化誤差にスムージング処理を施すと、２値化誤差が小さくなり、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）（図１参照）の変化が希少になってしまうため、疑似輪郭が発生するケースが生じる。このようなケースに対応するために、本画像処理装置の画像２値化装置７（図１参照）では、領域判定装置において、線・文字画像であるか写真画像であるかを判定して、この判定結果に応じてフィルタ処理を行なうか否かの切り替えを行なっている。
【００４６】
続いて、図２の領域判定装置２２について説明する。図５は、写真領域であるか否かを判定するための第１の領域判定装置を説明するための図である。
【００４７】
第１の領域判定装置には、ラインメモリ２７と最大値・最小値検出フィルタ２８と減算器２９と比較器３０とが含まれる。入力される多値画像データは、ラインメモリ２７により４ライン分記憶され、最大値・最小値検出フィルタ２８により５×５局所領域内の図に示すａからｘまでの２５画素の最大値および最小値が検出される。検出された最大値・最小値は、減算器２９によりその差（最大値−最小値）が算出され、比較器３０によりＭＰＵ（図１７のＭＰＵ１）が与える領域判定しきい値と比較される。前述の最大値と最小値との差がしきい値よりも小さければ写真領域と判定され判別信号がゲート２６（図２参照）に出力される。
【００４８】
また、領域判定装置を次のように構成することもできる。図６は、写真領域であるか否かを判定するための第２の領域判定装置を説明するための図である。
【００４９】
第２の領域判定装置には、ラインメモリ２７とエッジ検出フィルタ３１と比較器３２とが含まれる。入力される多値画像データは、ラインメモリ２７により４ライン分記憶され、一次微分フィルタや二次微分フィルタ、あるいは、それらの組み合わせより構成されるフィルタ等からなるエッジ検出フィルタ３１により、５×５局所領域内のエッジ量が検出され、それらの絶対値が出力される。検出されるエッジ量は、比較器３２によりＭＰＵ（図１７のＭＰＵ１）が与える領域判定しきい値と比較される。前述のエッジ量がしきい値より小さければ写真領域と判定され、判別信号がゲート２６（図２参照）に出力される。
【００５０】
以上のようなフィルタ処理部２１、領域判定装置２２を含む画像２値化装置７を有する本画像処理装置でのフィルタ処理によると、線・文字画像であるか写真画像であるかを問わず、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される。さらに、画像２値化装置７でのフィルタ処理は、誤差拡散法におけるフィードバックループ内の演算系とは別の独立した処理であるため、フィードバックループ内の演算速度への負荷をかけることなく、かつ、フィルタ処理用として追加メモリを要しない。
【００５１】
なお、以上のように、フィルタ処理部２１では図３に示すような３×３マトリクスサイズのスムージングフィルタを用いたが、ラインメモリ２３〜２５等の構成の変更を伴って、処理画像に応じて５×５マトリクスサイズのスムージングフィルタや、メディアンフィルタなどの非線型スムージングフィルタを用いて上記と同様の効果を上げることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施の形態の画像処理装置、第３の実施の形態の画像処理装置、第４の実施の形態の画像処理装置について説明する。以下では、同様の機能を有する部分には、同様の符号を用いている。
【００５３】
図７は本発明の第２の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図であり、図８は図７のフィルタ処理部２１で用いられるフィルタの例を示す図である。本画像処理装置の全体構成、画像２値化装置内のデータの流れ等は、第１の実施の形態の画像処理装置と同様である。
【００５４】
図７に示すように、メモリ部２０には、２値化誤差Ｅｘｙを格納するためのラインメモリ２３と、フィルタ処理部２１で処理されたフィルタ処理後データを格納するためのラインメモリ２５とが含まれ、また、フィルタ処理部２１には、図８に示す３×２マトリクスで構成されるスムージングフィルタを用いることができる。なお、フィルタ処理部２１のフィルタ処理係数は、第１の実施の形態である画像処理装置と同様の効果を上げるために、重み付け係数を２倍としているが、これに限られるものではない。
【００５５】
フィルタ処理部２１でのスムージングフィルタ処理は、ラインメモリ２３に格納されている現２値化誤差データと、ラインメモリ２５に格納されている前ラインフィルタ処理後データとを参照して行なわれる。このフィルタ処理の際の注目画素はラインメモリ２３の前ライン２値化誤差データであり、スムージング処理の結果はラインメモリ２５に書き込まれ、次ライン処理においてこの処理結果が参照される。
【００５６】
フィルタ処理部２１でこれらのようにして処理されることにより得られたフィルタ処理後データは、誤差重み付けフィルタ１９（図７参照）で、注目画素に対して重み付け平均され、画像データ補正部１５（図１参照）で、入力される多値画像データとの加算が行なわれた後に、画像データ２値化部１６（図１参照）で２値化処理される。
【００５７】
領域判定装置２２（図２参照）は、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すか否かを判定し、この判定の結果は、判定信号としてゲート２６に入力される。領域判定装置２２で、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定された場合には、フィルタ処理部２１でのフィルタ処理は行なわれることなく２値化誤差データは誤差重み付けフィルタ１９に直接入力され、入力される画像データが滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定されなかった場合には、フィルタ処理部２１でフィルタ処理が行なわれた後に２値化誤差データは誤差重み付けフィルタ１９に入力される。領域判定装置２２については、上述の第１の実施の形態の画像処理装置と同様に、図５、図６に示すものを用いることができる。
【００５８】
これらのように、スムージング処理結果は、ラインメモリ２５に書き込まれ、次ライン処理においてこの処理結果が参照されてスムージング処理が施されるため、処理が進行するにつれてスムージング処理の効果が大きくなり、誤差の拡散を滑らかに制御することができる。また、ラインメモリ２３の２値化誤差データを２ライン分用いてフィルタ処理を行なっているが、これは、より多くの２値化誤差データを用いることにより、２値化誤差の特性を保存するためである。
【００５９】
以上のようなフィルタ処理部２１、領域判定装置２２を含む画像２値化装置７を有する本画像処理装置でのフィルタ処理によると、線・文字画像であるか写真画像であるかを問わず、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される。さらに、画像２値化装置７でのフィルタ処理は、誤差拡散法におけるフィードバックループ内の演算系とは別の独立した処理であるため、フィードバックループ内の演算速度への負荷をかけることなく、かつ、フィルタ処理用として追加メモリを要しない。
【００６０】
図９は本発明の第３の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図であり、図１０は図９のフィルタ処理部２１で用いられる２種類のフィルタのうちの一方の例を示す図である。本画像処理装置の全体構成、画像２値化装置内のデータの流れ等の、フィルタ処理部のフィルタのフィルタ係数の設定以外の処理とこの設定に用いられる構成以外の構成は、第１の実施の形態の画像処理装置と同様である。
【００６１】
図９に示すように、メモリ部２０には、２値化誤差Ｅｘｙを格納するためのラインメモリ２３、２４と、フィルタ処理部２１で処理されたフィルタ処理後データを格納するためのラインメモリ２５とが含まれ、また、フィルタ係数格納ルックアップテーブル３３は、図３に示すフィルタと図８に示すフィルタとの２種類のフィルタのフィルタ係数を格納する。
【００６２】
領域判定処理装置２２は、上述の第１の実施の形態の画像処理装置と同様に図５、図６に示すものを用いることができ、入力される画像データが写真画像のように滑らかな階調変化を持つ領域を表すか否かを判定し、この判定の結果に応じて、フィルタ処理部２１で用いられるフィルタのフィルタ係数が切り替えられる。
【００６３】
すなわち、領域判定装置２２で、入力される画像データが写真のような滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定された場合には、図１０に示すように、フィルタ処理部２１のフィルタ係数ａ、ｂ、ｃをこれら以外より小さくすることでフィルタ処理によるスムージング効果が減じられ、疑似輪郭の発生を防ぐことができる。また、領域判定装置２２で、入力される画像データが滑らかな階調変化を持つ領域を表すと判定されなかった場合には、図３に示すようにフィルタ処理部２１のフィルタ係数を均等に配分するか、あるいは、フィルタ係数ａ、ｂ、ｃをこれら以外より大きくすることでスムージング効果を大きくすることができ、線・文字等の画像の再現が良好になる。
【００６４】
以上のようなフィルタ処理部２１、領域判定装置２２を含む画像２値化装置７を有する本画像処理装置でのフィルタ処理によると、線・文字画像であるか写真画像であるかを問わず、簡便に多値の画像データが高品質の画像となるように２値化される。さらに、画像２値化装置７でのフィルタ処理は、誤差拡散法におけるフィードバックループ内の演算系とは別の独立した処理であるため、フィードバックループ内の演算速度への負荷をかけることなく、かつ、フィルタ処理用として追加メモリを要しない。
【００６５】
図１１は、本発明の第４の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である。図１１は第１の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である図１に対応し、本画像処理装置の全体構成は図１７を用いて説明した従来の画像処理装置の全体構成に準ずるものとする。
【００６６】
本画像処理装置の画像２値化処理装置７は、第１の実施の形態の画像処理装置とは異なり、２値化処理を行なっている領域を含む所定の局所領域が線・文字画像領域であるか写真画像領域であるかを判定する装置（図１に示す領域判定装置２２）を有していない。
【００６７】
２値化誤差算出部１７において算出される２値化誤差Ｅｘｙはメモリ部２０に格納され、フィルタ処理部２１によりフィルタ処理される。フィルタ処理されたデータに対しては、第１の実施の形態の画像処理装置と同様にして、誤差重み付けフィルタ１９によりメモリ部２０の３ライン分のデータが用いられて重み付け演算が行なわれる。この重み付け演算により得られた２値化誤差Ｅｘｙにより、多値画像データｆ（ｘ，ｙ）は画像データ補正部１５で補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）に補正され、補正画像データｆ' （ｘ，ｙ）が画像データ２値化部１６で２値化されて２値画像データｇ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００６８】
以上のような画像２値化装置７を有する本画像処理装置でのフィルタ処理によると、特に、線・文字画像を表す多値の画像データが簡便に高品質の画像となるよう２値化される。更に、画像２値化装置７でのフィルタ処理は、誤差拡散法におけるフィードバックルーブ内の演算系と別の独立した処理であるため、フィードバックループ内の演算速度への負荷をかけることなく、かつ、フィルタ処理用として追加メモリを要しない。
【００６９】
次に、従来の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像と比較しつつ、本発明の実施の形態の画像処理装置の画像２値化装置で２値化処理された画像データによる画像を説明する。
【００７０】
図１２は、従来の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【００７１】
図１２によると、従来の画像処理装置では、図のＡ部に示す線・文字画像で、線、文字の周辺にドットが分散しており、また、線、文字の途切れやがたつきが著しいことが確認される。
【００７２】
図１３、図１４は、本発明の第１の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。図１３は第１の実施の形態である画像処理装置に図５に示す第１の領域判別装置（最大値・最小値検出による領域判別）を用いた際の画像を示す図であり、図１４は第１の実施の形態である画像処理装置に図５に示す第２の領域判別装置（エッジ検出による領域判別）を用いた際の画像を示す図である。
【００７３】
本画像処理装置による画像は、第１の領域判別装置を用いた際にも第２の領域判別装置を用いた際にも、後に示す第４の実施の形態である画像処理装置とは異なり、写真画像領域での疑似輪郭の発生は認められない（図１３のＢ部、図１４のＤ部参照）。また、従来の画像処理装置に見られた線・文字画像でのドットの分散、線・文字の途切れやがたつきは、図１４のＥ部に示す線・文字画像にわずかに認められるものの、図１３のＢ部に示す線・文字画像にはほぼ完全に認められておらず、図１３、図１４に示す画像はいずれも品質の高い画像となっている。
【００７４】
図１５は、本発明の第３の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。本画像処理装置による画像は、第１の実施の形態である画像処理装置と同様、非常に高品質の画像となっている。
【００７５】
図１６は、本発明の第４の実施の形態である画像処理装置でにより２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【００７６】
図１６によると、第４の実施の形態の画像処理装置では、写真画像の一部で疑似輪郭が生じているものの（図１６のＦ部参照）、線・文字画像には従来の画像処理装置に見られた線・文字画像でのドットの分散、線・文字の途切れやがたつきは認められず、図１６に示す画像は線・文字の画像について高品質の画像となっている。
【００７７】
以上のように第１の実施の形態の画像処理装置、第３の実施の形態の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像は、線・文字画像であるか写真画像であるかを問わず、従来の画像処理装置による画像に比べて高品質の画像であることが確認される。また、第４の実施の形態の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像は、特に、線・文字画像について、従来の画像処理装置による画像に比べて高品質であるであることが確認される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図である。
【図３】図２のフィルタ処理部２１で用いられるフィルタの例を示す図である。
【図４】２値化誤差の伝播を模式的に説明するための図である。
【図５】写真領域であるか否かを判定するための第１の領域判定装置を説明するための図である。
【図６】写真領域であるか否かを判定するための第２の領域判定装置を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図である。
【図８】図７のフィルタ処理部２１で用いられるフィルタの例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７のメモリ部２０、フィルタ処理部２１および領域判定装置２２を説明するための図である。
【図１０】図９のフィルタ処理部２１で用いられる２種類のフィルタのうちの一方の例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の画像処理装置の画像２値化処理装置７の構成を説明するためのブロック図である。
【図１２】従来の画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための第１の図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための第２の図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態である画像処理装置により２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態である画像処理装置でにより２値化処理された画像データによる画像を説明するための図である。
【図１７】画像処理装置の全体構成の概略を説明するためのブロック図である。
【図１８】従来の画像処理装置の画像２値化装置７を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１ ＭＰＵ
２ 画像入力装置
３ Ａ／Ｄ変換装置
４ ｌｏｇ変換装置
５ ＭＴＦ補正装置
６ ガンマ補正装置
７ 画像２値化装置
８ 画像記録装置
１５ 画像データ補正部
１６ 画像データ２値化部
１７ ２値化誤差算出部
１８ セレクタ
１９ 誤差重み付けフィルタ
２０ メモリ部
２１ フィルタ処理部
２２ 領域判定装置
２３〜２５ ラインメモリ
２６ ゲート
２７ ラインメモリ
２８ 最大値・最小値検出フィルタ
２９ 減算器
３０、３２ 比較器
３１ エッジ検出フィルタ
３３ フィルタ係数格納ルックアップテーブル
ｆ（ｘ，ｙ） 多値画像データ
ｇ（ｘ，ｙ） ２値画像データ
Ｅｘｙ ２値化誤差
Ｅａｖｅｘｙ 重み付き平均誤差
ｍｋ，ｌ 重み付け係数
ｆ' （ｘ，ｙ） 補正画像データ
ｇ' （ｘ，ｙ） 基準２値画像データ
Ｔｈ しきい値
Claims (8)
- 多値の画像データを２値化する際に発生する２値化誤差を算出する誤差算出手段と、
算出された２値化誤差に所定のフィルタ処理を実行してフィルタ処理後２値化誤差を得るフィルタ手段と、
注目画素周辺の所定領域内のフィルタ処理後２値化誤差に対して重み付け平均を算出する重み付け平均算出手段と、
算出された重み付け平均を注目画素の画像データに加算する加算手段と、
注目画素を含む所定の領域の特性を判別する判別手段と、を備え、
上記フィルタ手段は、上記判別手段の判別結果に応じたフィルタ処理を行うことを特徴とする画像処理装置。 - 上記フィルタ手段は、上記判別手段の判別結果に応じたフィルタ処理として、上記判別手段の判別結果に基づいてフィルタ処理を行うかフィルタ処理を行わないかを切り換えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
- 上記フィルタ手段は、上記判別手段の判別結果に応じたフィルタ処理として、上記判別手段の判別結果に基づいてフィルタ処理に用いる係数を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
- 上記判別手段は、線または文字領域であるか、あるいは、写真画像領域であるかを、注目画素周辺の所定領域と重なる領域の特性として判別することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像処理装置。
- 多値の画像データを２値化する際に発生する２値化誤差を算出する誤差算出手段と、
算出された２値化誤差に所定のフィルタ処理を実行してフィルタ処理後２値化誤差を得るフィルタ手段と、
注目画素周辺の所定領域内のフィルタ処理後２値化誤差に対して重み付け平均を算出する重み付け平均算出手段と、
算出された重み付け平均を注目画素の画像データに加算する加算手段と、を備え、
上記重み付け平均算出手段は、注目画素周辺の所定領域内において、注目画素から離れた領域についてはフィルタ処理後２値化誤差を使用しその他の領域については２値化誤差をそのまま使用して重み付け平均を行うことを特徴とする画像処理装置。 - 上記フィルタ手段は、スムージングフィルタを用いてフィルタ処理を実行することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の画像処理装置。
- 上記フィルタ手段は、対象とする２値化誤差の周辺の複数の２値化誤差に対してフィルタ処理を行い対象とする２値化誤差をフィルタ処理後２値化誤差に置き換えることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の画像処理装置。
- さらに、上記誤差算出手段により算出された２値化誤差および上記フィルタ手段によってフィルタ処理された２値化誤差を記憶するメモリ部を備え、上記フィルタ手段は上記メモリ部に記憶された２値化誤差にフィルタ処理を実行することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の画像処理装置。
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