JP3717357B2 - ２値化閾値算出方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャナなどの画像入力装置により得られた画像データを、孔版印刷装置などにおいて印刷するために２値化する際の２値化閾値を算出する２値化閾値算出方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、孔版印刷装置は印刷時間が早く低コストであることから広く利用されている。この孔版印刷装置は、画像読取手段によって読み取られた画像を表す画像データに対して、画像処理および画素値変換処理を施した後に２値化を行うことにより２値化データを得、この２値化データに基づいて発熱素子が配列されたサーマルヘッドを局所的に発熱させながら感熱孔版原紙に接触させて穿孔し、穿孔部を通過したインクを印刷用紙に転移させて印刷物を得るものである。
【０００３】
ここで、画像データを２値化する方法としては、例えば画像データが０〜２５５の２５６階調からなる場合、中間値の１２７を２値化閾値として１２７より大きい階調を１（黒）、小さい階調を０（白）とする単一閾値によるものが一般的である。しかしながら、このような単一閾値により画像データを２値化する方法においては、新聞紙などのように原稿の背景の濃度が高い場合に、閾値が低すぎて２値化データにより表される２値化画像が全体的に黒くなって文字部分が読みにくくなるという問題がある。
【０００４】
このため、２値化の閾値を原稿の背景濃度に合わせて変化させる平均値法、Ｐ−タイル法などの種々の２値化閾値算出方法が提案されている。ここで、平均値法は原稿における所定領域内あるいは原稿全体の濃度の平均値を２値化閾値として２値化を行う方法であり、Ｐ−タイル法は原稿における所定領域内の画像濃度分布を求め、黒字の面積がその領域の面積のＰ％となる濃度を２値化閾値として２値化を行う方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平均値法は原稿にノイズが含まれたり、原稿の裏に記録された文字が透けたりすると、閾値が大きくなり２値化画像の濃度が低くなってしまうという問題がある。また、Ｐ−タイル法は閾値を求めた領域と比較して文字の濃度と大きさが異なる領域が原稿中に存在する場合には、その領域の濃度が濃くなったり薄くなったりするという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、２値化のための閾値を適切に設定することができる２値化閾値算出方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による２値化閾値算出方法は、画像データを２値化する際の２値化閾値を算出する方法において、
前記画像データの階調に関するヒストグラムを作成し、
該ヒストグラムにおける頻度のピーク部分の階調の値であるピーク階調値を算出し、
前記ヒストグラムと所定の頻度閾値とにおける階調値が低い側の交点の階調値を第１の階調値として算出し、
前記ピーク階調値に該ピーク階調値と前記第１の階調値との差分値を加算することにより基準閾値を算出し、
該基準閾値に基づいて前記２値化閾値を決定することを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、「ピーク部分」とはヒストグラムにおける頻度が最も高くなる部分のことであり、ヒストグラムにピークが複数存在する場合には、最も頻度が高いピークを「ピーク部分」として算出する。
【０００９】
また、「所定の頻度閾値」としては、種々の原稿を読み取ることにより得られた画像データのヒストグラムに基づいて決定される値であり、いずれの原稿から得られたヒストグラムにおいてもそのピークの頻度よりも小さくなる蓋然性が高い値に設定される。
【００１０】
さらに、「基準閾値に基づいて２値化閾値を決定する」とは、例えば基準閾値を基準として２値化閾値を種々変更することにより実際に画像データを２値化して印刷を行い、印刷結果が最良となる２値化閾値を求め、これと基準閾値との関係を例えばテーブルとして求め、求められた基準閾値に基づいてテーブルを参照して２値化閾値を決定することをいう。
【００１１】
なお、本発明による２値化閾値算出方法においては、所定の低階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和が該低階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和よりも大きい場合は、前記ヒストグラムと前記所定の頻度閾値とにおける階調値が高い側の交点の階調値を前記基準閾値として算出することが好ましい。
【００１２】
ここで、「低階調側閾値」は例えば白色の基準原稿を読み取ることにより得られた画像データから作成されたヒストグラムにおけるピーク部分の階調値に設定される。また、「前記所定の低階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和が該低階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和よりも大きい場合」とは、原稿の背景部分が非常に白くかつ非常に大きい場合のことをいう。
【００１３】
また、前記ピーク部分の頻度が前記所定の頻度閾値より小さい場合、所定の高階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和が該高階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和よりも大きい場合、および／または前記ピーク階調値、前記第１の階調値並びに前記基準閾値のいずれかが前記高階調側閾値よりも大きい場合には、予め定められた階調値を前記基準閾値とすることが好ましい。
【００１４】
ここで、「高階調側閾値」は例えば黒色の基準原稿を読み取ることにより得られた画像データから作成されたヒストグラムにおけるピーク部分の階調値に設定される。また、「前記ピーク部分の頻度が前記所定の頻度閾値より小さい場合」とは、ヒストグラムにおいてピーク部分が存在しない場合、あるいはピーク部分は存在するもののその頻度が非常に小さい場合のことをいう。なお、「所定の頻度閾値より小さい場合」とあるが、本発明においては所定の頻度閾値よりも若干大きな値を基準としてピーク部分の頻度の大小を判定してもよい。さらに、「所定の高階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和が該高階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和よりも大きい場合、前記ピーク階調値、前記第１の階調値並びに前記所定の閾値のいずれかが前記高階調側閾値よりも大きい場合」とは、原稿における文字や図形部分の面積が非常に大きい場合、背景濃度が非常に高い場合のことをいう。
【００１５】
本発明による２値化閾値算出装置は、画像データを２値化する際の２値化閾値を算出する装置において、
前記画像データの階調に関するヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
該ヒストグラムにおける頻度のピーク部分の階調の値であるピーク階調値を算出するピーク階調値算出手段と、
前記ヒストグラムと所定の頻度閾値とにおける階調値が低い側の交点の階調値を第１の階調値として算出する第１の階調値算出手段と、
前記ピーク階調値に該ピーク階調値と前記第１の階調値との差分値を加算することにより基準閾値を算出する基準閾値算出手段と、
該基準閾値に基づいて前記２値化閾値を決定する２値化閾値決定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
なお、本発明による２値化閾値算出装置においては、前記基準閾値算出手段が、所定の低階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和が該低階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和よりも大きいか否かを判断する手段を備え、該判断が肯定された場合は、前記ヒストグラムと前記所定の頻度閾値とにおける階調値が高い側の交点の階調値を前記基準閾値として算出する手段であることが好ましい。
【００１７】
また、前記基準閾値算出手段が、前記ピーク部分の頻度が前記所定の頻度閾値より小さいか否か、所定の高階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和が該高階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和よりも大きいか否か、および／または前記ピーク階調値、前記第１の階調値並びに前記基準閾値のいずれかが前記高階調側閾値よりも大きいか否かを判断する手段を備え、
該判断が肯定された場合には、予め定められた階調値を前記基準閾値とする手段であることが好ましい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、画像データのヒストグラムのピーク部分の階調値であるピーク階調値が算出され、ヒストグラムと所定の頻度閾値とにおける階調値が低い側の交点の階調値が第１の階調値として算出される。そして、ピーク階調値にピーク階調値と第１の階調値との差分値を加算することにより基準閾値が算出され、これに基づいて２値化閾値が決定される。ここで、画像データのヒストグラムにおいては、真っ白な原稿や真っ黒な原稿から得られた画像データの場合を除いて、原稿の背景部分の頻度が最も大きくなるため、ピーク階調値は原稿の背景部分すなわち原稿の明度を表す階調値となる。また、第１の階調値はヒストグラムにおける背景部分の最低階調値を代表する値となる。また、文字や図形が記録されていない原稿、すなわち背景のみの原稿から得られるヒストグラムは、上記ピーク階調値を基準として線対称の形状をなすものである。このため、ピーク階調値にピーク階調値と第１の階調値との差分値を加算することにより得られる基準閾値は、ヒストグラムのピーク部分の対称性から背景のみのヒストグラムにおける高濃度側の裾部分の値と略一致することとなる。したがって、基準閾値を基準として２値化閾値を求め、この２値化閾値により画像データを２値化することにより、背景部分と文字や図形とが良好に分離された２値化データを得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態による２値化閾値算出装置を適用した２値化装置の構成を示す概略ブロック図である。図１に示すようにこの２値化装置は、原稿を読み取ることにより得られた画像データＳからサンプルデータＳ１を抽出するサンプルデータ抽出手段１と、サンプルデータＳ１に基づいて２値化閾値Ｔｈ０を算出する２値化閾値算出手段２と、２値化閾値算出手段２において算出された２値化閾値Ｔｈ０に基づいて画像データＳを２値化して２値化データＳ２を得る２値化処理手段３とを備える。
【００２１】
図２は２値化閾値算出手段２の構成を示す概略ブロック図である。２値化閾値算出手段２は、２値化閾値Ｔｈ０を求める計算を行うための計算処理部（ＣＰＵ）５と、計算処理部５において行われるプログラムを格納した格納領域および後述するように算出された２値化閾値を補正するための２値化閾値補正テーブル領域を有するＲＯＭ６と、後述するように求められたヒストグラムを格納するヒストグラム領域およびプログラム作業領域を有するＲＡＭ７とを備える。なお、本実施形態において画像データＳは０〜２５５の２５６階調を有するものとする。
【００２２】
次いで、本実施形態の動作について説明する。図３は本実施形態の動作を示すフローチャートである。まず、サンプルデータ抽出手段１に原稿を読み取ることにより得られた画像データＳが入力されると、画像データＳを間引くなどのサンプリングが行われサンプルデータＳ１が得られる（ステップＳ１）。ここで、画像データＳをサンプリングするのは２値化閾値算出手段２における２値化閾値Ｔｈ０を算出するための演算時間を短縮するためである。得られたサンプルデータＳ１は２値化閾値算出手段２に入力される（ステップＳ２）。
【００２３】
２値化閾値算出手段２においては、サンプルデータＳ１に基づいてサンプルデータＳ１の階調に関するヒストグラムが作成される（ステップＳ３）。ここで、サンプルデータＳ１から作成されたヒストグラムは図４に示すものとなっているが、ここでは図４に示すヒストグラムに対してスムージング処理を行い、図５に示すヒストグラムが作成される。ここで、スムージング処理の方法としては、図６に示すようにａ〜ｅの５階調の部分について説明すると、階調度ｂについては、ｂ＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）／４あるいはｂ＝（ａ＋ｂ＋ｃ）／３、階調度ｃについては、ｃ＝（ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）／４あるいはｃ＝（ｂ＋ｃ＋ｄ）／３のような演算により求める。この演算を全階調度に亘って行うことにより図５に示すヒストグラムが得られる。
【００２４】
ここで、ヒストグラムには図５に示すように、ｓｗｌ（Super White Level）、ｓｂｌ（Super Black Level）およびｓｌｌ（Super Low Level）の３つの値が設定されている。ｓｗｌは例えば白色の基準原稿を読み取ることにより得られた画像データから作成されたヒストグラムにおけるピーク部分の階調値に設定される。ｓｂｌは例えば黒色の基準原稿を読み取ることにより得られた画像データから作成されたヒストグラムにおけるピーク部分の階調値に設定される。ｓｌｌは種々の原稿を読み取ることにより得られた画像データのヒストグラムに基づいて決定される値であり、いずれの原稿から得られたヒストグラムにおいてもヒストグラムのピーク部分の頻度よりも小さくなる蓋然性が高い値に設定される。
【００２５】
次に、ｓｂｌ以上におけるヒストグラムの総和がｓｂｌ以下におけるヒストグラムの総和よりも大きいか否かが判断される（ステップＳ４）。ここで、ｓｂｌ以上におけるヒストグラムの総和がｓｂｌ以下におけるヒストグラムの総和よりも大きい場合とは、ヒストグラムが図７に示すような形状となって斜線部の面積がそれ以外の部分の面積よりも大きくなる場合のことであり、このような場合には、原稿における文字や図形部分の面積が非常に大きかったり、背景濃度が非常に高かったりするため、２値化の閾値を適切に求めることができない。したがって、ステップＳ４が肯定された場合にはステップＳ１７に進み、予め定められた閾値を後述する基準２値化閾値Ｔｈとして算出する。
【００２６】
一方、ステップＳ４が否定された場合には、次のステップＳ５において、ｓｗｌ以下におけるヒストグラムの総和がｓｗｌ以上におけるヒストグラムの総和よりも大きいか否かが判断される。ここで、ｓｗｌ以下におけるヒストグラムの総和がｓｗｌ以上におけるヒストグラムの総和よりも大きい場合とは、ヒストグラムが図８に示すような形状となって斜線部の面積がそれ以外の部分の面積よりも大きくなる場合のことであり、このような場合には、原稿の背景部分が非常に白かったり非常に大きかったりするため、後述するような方法では２値化閾値Ｔｈを適切に求めることができない。この場合は、後述するように別の手法により基準２値化閾値Ｔｈを求める。
【００２７】
ステップＳ５が否定された場合には、続いてヒストグラムのピーク階調値が算出される（ステップＳ６）。図９はヒストグラムのピーク階調値の算出方法を説明するための図である。図９（ａ）に示すように、まずヒストグラムの所定の階調幅（例えば本実施形態のように２５６階調の場合は７〜１３程度の階調幅）における頻度の総和を、図９（ｂ）に示すようにヒストグラムの低階調側から高階調側へ１階調ずつずらしながら算出し、所定の階調幅における頻度の総和が最大となる階調幅の位置を検出する。そして、その位置における所定の階調幅の中心位置における階調値をヒストグラムのピーク階調値として求め、これをｍｗｍ（Mid of White Mountain）とする。例えば、所定の階調幅が９であり、頻度の総和が最大となる位置が階調４１〜４９であった場合、ｍｗｍ＝４５となる。このようにして求められたｍｗｍは、原稿の背景部分における階調値を代表する値となる。
【００２８】
そして、次のステップＳ７においてｍｗｍ＞ｓｌｌであるか否かが判断される。ここで、ｍｗｍがｓｌｌ以下となる場合とは、ヒストグラムにおいてピーク部分が存在しない場合、あるいはピーク部分は存在するもののその頻度が非常に小さい場合のことであり、このような場合は原稿の背景部分と文字部分とを良好に分離可能な２値化閾値を求めることができない。したがって、ステップＳ７が否定された場合はステップＳ１７に進み、予め定められた閾値を２値化閾値Ｔｈ０として算出し処理を終了する。なお、ステップＳ７の処理においてはｍｗｍ＞ｓｌｌを判定するのみならず、ｓｌｌに所定の値（例えば０〜１０程度）を加算した値とｍｗｍとを比較するようにしてもよい。一方、ステップＳ７が肯定された場合は、ｍｗｍを基準として階調の低い側におけるヒストグラムとｓｌｌとの交点の階調値をｗｌｗｍ（White Limit of White Mountain）として算出する（ステップＳ８）。このようにして求められたｗｌｗｍは、原稿における背景部分のヒストグラムにおける低階調側の裾の部分の値を表すものとなる。
【００２９】
このようにして、ｗｌｗｍが求められると、ｍｗｍとｗｌｗｍとの差分値が求められ、この差分値がｍｗｍに加算されてｂｌｗｍ（Black Level of White Mountain）が求められる（ステップＳ９）。これは、ヒストグラムの対称性に鑑みて求められるものであり、図１０に示すようにｍｗｍにｍｗｍとｗｌｗｍとの差分値である幅Ｈの階調値を加算した値、すなわち、ｗｌｗｍをｍｗｍを基準として高階調側に折り返した値となる。このようにして求められたｂｌｗｍは、原稿における背景部分のヒストグラムにおける高階調側の裾の部分の値を表すものとなる。そして、このようにして求められたｂｌｗｍを基準２値化閾値Ｔｈとして（ステップＳ１０）、図１１に示す２値化閾値補正テーブルを調整する（ステップＳ１１）。これは求められた基準２値化閾値Ｔｈを基準として２値化閾値を変化させて実際に画像データＳを２値化して印刷を行い、最良の印刷状態と判断される２値化閾値を算出２値化閾値Ｔｈ０として求めるものである。そして、算出２値化閾値Ｔｈ０を基準２値化閾値Ｔｈに対してプロットし、種々の原稿に対して基準２値化閾値Ｔｈの２値化閾値補正テーブルに対するプロットを繰り返して図１１に示す２値化閾値補正テーブルを調整して、図１２に示す２値化閾値補正テーブルを得る。
【００３０】
そして、実際に印刷を行う場合には、上記と同様に印刷を行う原稿から基準２値化閾値Ｔｈを算出し、上述したように作成された２値化閾値補正テーブルを参照して算出２値化閾値Ｔｈ０を求め、これに基づいて２値化処理手段３において画像データＳを２値化して印刷を行う。例えば、基準２値化閾値Ｔｈが６０であった場合、図１２に示す２値化閾値補正テーブルを参照することにより算出２値化閾値Ｔｈ０が５２とされ、この算出２値化閾値Ｔｈ０に基づいて画像データＳが２値化されることとなる。
【００３１】
なお、上述したステップＳ５が肯定された場合には、ヒストグラムは図８に示すような形状となっているためｗｌｗｍを求めることができない。このような場合には、まずステップＳ６と同様にヒストグラムのピーク階調値をｍｗｍとして求め（ステップＳ１５）、図１３に示すようにｍｗｍを基準として階調の高い側におけるヒストグラムとｓｌｌとの交点の階調値をｂｌｗｍとして算出し（ステップＳ１６）、これを基準２値化閾値Ｔｈとすればよい（ステップＳ１０）。
【００３２】
このように、本実施形態においては、原稿における背景における高濃度側の裾部分を基準２値化閾値Ｔｈとして求め、この基準２値化閾値Ｔｈに基づいて実際に２値化を行うための算出２値化閾値Ｔｈ０を求めるようにしたため、原稿における背景と文字および図形とを良好に分離することができ、これにより背景部分と文字などが良好に分離された印刷物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による２値化閾値算出装置を適用した２値化装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】２値化閾値算出手段２の構成を示す概略ブロック図
【図３】本実施形態の動作を示すフローチャート
【図４】ヒストグラムを示す図（スムージング処理前）
【図５】ヒストグラムを示す図（スムージング処理後）
【図６】スムージング処理を説明するための図
【図７】ヒストグラムの例を示す図（その１）
【図８】ヒストグラムの例を示す図（その２）
【図９】ヒストグラムのピーク階調値の算出方法を説明するための図
【図１０】ｗｌｗｍおよびｂｌｗｍの算出方法を説明するための図
【図１１】２値化閾値補正テーブルを示す図（調整前）
【図１２】２値化閾値補正テーブルを示す図（調整後）
【図１３】ｂｌｗｍの算出方法を説明するための図
【符号の説明】
１ サンプルデータ抽出手段
２ ２値化閾値算出手段
３ ２値化処理手段
５ 計算処理部
６ ＲＯＭ
７ ＲＡＭ

Claims (6)

1. 画像データを２値化する際の２値化閾値を算出する方法において、
   前記画像データの階調に関するヒストグラムを作成し、
   該ヒストグラムにおける頻度のピーク部分の階調の値であるピーク階調値を算出し、
   前記ヒストグラムと所定の頻度閾値とにおける階調値が低い側の交点の階調値を第１の階調値として算出し、
   前記ピーク階調値に該ピーク階調値と前記第１の階調値との差分値を加算することにより基準閾値を算出し、
   該基準閾値に基づいて前記２値化閾値を決定することを特徴とする２値化閾値算出方法。
2. 所定の低階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和が該低階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和よりも大きい場合は、前記ヒストグラムと前記所定の頻度閾値とにおける階調値が高い側の交点の階調値を前記基準閾値として算出することを特徴とする請求項１記載の２値化閾値算出方法。
3. 前記ピーク部分の頻度が前記所定の頻度閾値より小さい場合、所定の高階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和が該高階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和よりも大きい場合、および／または前記ピーク階調値、前記第１の階調値並びに前記基準閾値のいずれかが前記高階調側閾値よりも大きい場合には、予め定められた階調値を前記基準閾値とすることを特徴とする請求項１または２記載の２値化閾値算出方法。
4. 画像データを２値化する際の２値化閾値を算出する装置において、
   前記画像データの階調に関するヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
   該ヒストグラムにおける頻度のピーク部分の階調の値であるピーク階調値を算出するピーク階調値算出手段と、
   前記ヒストグラムと所定の頻度閾値とにおける階調値が低い側の交点の階調値を第１の階調値として算出する第１の階調値算出手段と、
   前記ピーク階調値に該ピーク階調値と前記第１の階調値との差分値を加算することにより基準閾値を算出する基準閾値算出手段と、
   該基準閾値に基づいて前記２値化閾値を決定する２値化閾値決定手段とを備えたことを特徴とする２値化閾値算出装置。
5. 前記基準閾値算出手段は、所定の低階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和が該低階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和よりも大きいか否かを判断する手段を備え、
   該判断が肯定された場合は、前記ヒストグラムと前記所定の頻度閾値とにおける階調値が高い側の交点の階調値を前記基準閾値として算出する手段であることを特徴とする請求項４記載の２値化閾値算出装置。
6. 前記基準閾値算出手段は、前記ピーク部分の頻度が前記所定の頻度閾値より小さいか否か、所定の高階調側閾値以上における前記ヒストグラムの総和が該高階調側閾値以下における前記ヒストグラムの総和よりも大きいか否か、および／または前記ピーク階調値、前記第１の階調値並びに前記基準閾値のいずれかが前記高階調側閾値よりも大きいか否かを判断する手段を備え、
   該判断が肯定された場合には、予め定められた階調値を前記基準閾値とする手段であることを特徴とする請求項４または５記載の２値化閾値算出装置。

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