JP3746596B2

JP3746596B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JP3746596B2
Application number: JP21262097A
Authority: JP
Inventors: 宏美大久保; 弘幸芝木; 石井　　博
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: JPH1141602A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白黒電子写真複写機、カラー電子写真複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像処理装置に関し、特に入力された画像信号に対して異なる周波数帯域の係数信号に分解するウェーブレット変換を備えた画像処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像処理では、スキャナ等から送られてきた画像データをＡＤ変換器で量子化し、デジタルの実空間画像信号にしてフィルタ処理、変倍処理、ガンマ変換処理、階調処理等の画像処理を施していた。しかしながら、実空間画像信号を用いた画像処理では、冗長性を持った画像信号で種々の処理を行うため、処理すべき画像信号量が膨大となり、画像信号を格納するのに多くのメモリと、多くの処理時間が必要であった。
また、特開平７−７９４３３号公報に開示されているように、画像信号に対して強調特性を持ったウェーブレット（Ｗａｖｅｌｅｔ）変換を行い、変換された高周波帯域の係数信号に対する量子化のビット数を、他の周波数帯域の係数信号に対する量子化のビット数よりも小さくすることで、画像の鮮鋭度を保ちながら画像圧縮を行っていた。
さらに、特開平６−２７４６１４号公報では、画像信号にウェーブレット変換を行い、周波数分解した少なくとも１つの周波数帯域の信号に強調等の画像処理を施し、画像処理された画像信号にウェーブレット逆変換を掛けることにより、ノイズを強調することなく、視覚的な印象に適合した自然な再生画像を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、画像信号に対してウェーブレット変換を行い、得られた周波数帯域の特定の係数信号についてフィルタ処理、階調処理等の画像処理を施すことにより、画像処理すべき情報量を減少させることが可能となり、画像信号を格納するための多くのメモリや多くの処理時間が不要となるが、特開平７−７９４３３号公報や特開平６−２７４６１４号公報では、その具体的な方法まで示すものではなかった。
例えば、前記特開平７−７９４３３号公報では、デジタル複写機等で行われている画像の鮮鋭度を所定の強度で強調したり、網点原稿で生じるモワレの発生を押さえる為に平滑化したりするフィルタ処理、出力装置のガンマ特性に応じて画像の濃度特性を変換するガンマ変換処理、及び出力装置の階調特性に併せて行うディザ処理や誤差拡散処理などの処理を実現することが出来なかった。
また、前記特開平６−２７４６１４号公報に開示されている技術は、ウェーブレット変換した各周波数帯域の各係数信号毎に所定の伝達係数を乗じることによって画像信号を先鋭化したり、平滑化したりするものである。しかしながら、ここで開示されているウェーブレット変換やウェーブレット逆変換は、変換フィルタのタップ数が多く、処理が複雑であるため、高速化や構成の簡略化という点において難点があった。
そこで、本発明は、入力された画像信号に対してウェーブレット変換を施し、分解された異なる周波数帯域の係数信号の中の低周波成分にのみガンマ変換やディザ処理を施すことにより、高精細化する画像の画質と処理速度とを落さずに画像信号を形成することができる画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為、請求項１に記載の画像処理装置は、入力された画像信号に対してウェーブレット変換を行って、複数の異なる周波数帯域のウェーブレット係数信号に分解するウェーブレット変換手段と、前記ウェーブレット変換手段により分解された前記各ウェーブレット係数信号を量子化する量子化手段と、該量子化手段により量子化した各ウェーブレット係数信号にフィルタ処理を施すフィルタ処理手段と、前記フィルタ処理された各ウェーブレット係数信号の中の低周波成分に対してガンマ変換処理を施すガンマ変換手段と、前記ガンマ変換されたウェーブレット係数信号の低周波成分のみを用いて濃度パターン法によるディザ処理を行うことにより出力２値画像パターンを得て、該出力２値画像パターンに対応したウェーブレット係数信号を得る階調処理手段と、該階調処理手段により得られたウェーブレット係数信号に逆ウェーブレット変換を施すウェーブレット逆変換手段と、前記逆変換された画像信号を出力する画像出力手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像処理装置において、前記階調処理手段は、前記ガンマ変換された低周波成分の値に基づき前記出力２値画像パターンを出力する輝度パターンテーブルと、前記出力２値画像パターンに対応するウェーブレット係数信号を出力するウェーブレット係数テーブルとを有することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の画像処理装置において、前記量子化手段は、前記第一のウェーブレット係数信号のうち、高周波成分の係数信号には少ないビット数を割り付け、低周波成分の係数信号には高いビット数を割り付けることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、入力された画像信号に対してウェーブレット変換を行って、複数の異なる周波数帯域のウェーブレット係数信号に分解するウェーブレット変換工程と、前記ウェーブレット変換工程により分解された前記各ウェーブレット係数信号を量子化する量子化工程と、該量子化工程により量子化した各ウェーブレット係数信号にフィルタ処理を施すフィルタ処理工程と、前記フィルタ処理された各ウェーブレット係数信号の中の低周波成分に対してガンマ変換処理を施すガンマ変換工程と、前記ガンマ変換されたウェーブレット係数信号の低周波成分のみを用いて濃度パターン法によるディザ処理を行うことにより出力２値画像パターンを得て、該出力２値画像パターンに対応したウェーブレット係数信号を得る階調処理工程と、該階調処理工程により得られたウェーブレット係数信号に逆ウェーブレット変換を施すウェーブレット逆変換工程と、前記逆変換された画像信号を出力する画像出力工程と、を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の画像処理方法において、前記階調処理工程は、輝度パターンテーブルにより前記ガンマ変換された低周波成分の値に基づき前記出力２値画像パターンを得るステップと、ウェーブレット係数テーブルにより前記出力２値画像パターンに対応するウェーブレット係数信号を得るステップとを有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４記載の画像処理方法において、前記量子化工程は、前記第一のウェーブレット係数信号のうち、高周波成分の係数信号には少ないビット数を割り付け、低周波成分の係数信号には高いビット数を割り付けることを特徴とする。
【０００５】
【作用】
請求項１、４に記載の発明は、入力された画像信号をウェーブレット変換手段により複数の異なる周波数帯域の係数信号に分解することが出来、量子化手段によって分解された各係数信号を画像の冗長性を削減するように量子化し、画像処理手段によって入出力装置の特性に合わせた高精細画像出力の為のフィルタ処理、ガンマ処理、および階調処理を施し、ウェーブレット逆変換手段によってウェーブレット逆変換を施し、得られた画像信号を画像出力手段によって媒体に出力させるように動作させることが出来るので、画像品質を保つに必要な周波数帯域の係数信号だけに画像処理を施し、高精細な画像を画質と処理速度を落とさずに画像を処理することが出来る。
請求項２、５に記載の発明は、階調処理手段は、ガンマ変換された低周波成分の値に基づき出力２値画像パターンを出力する輝度パターンテーブルと、出力２値画像パターンに対応するウェーブレット係数信号を出力するウェーブレット係数テーブルとを有するので、画像パターンに対応したウェーブレット係数信号を即座に読み出すことができる。
請求項３、６に記載の発明は、前記請求項１のように構成された画像処理装置の量子化手段は、第一のウェーブレット係数信号のうち、高周波成分の係数信号には少ないビット数を割り付け、低周波成分の係数信号には高いビット数を割り付けるので、画像の冗長性を削減することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、白黒デジタル複写機（以下、複写機と呼ぶ）の要部を示すブロック図である。複写機における詳細な動作及び機能は、一般に公知であるので省略し、本発明に関する部分に限って述べる。図１において、原稿の画像はスキャナ１０により読み取られ、図示しないＣＣＤにより原稿の画像を光電変換し、Ａ／Ｄ変換器により電気信号に変換された画像を離散化し、デジタル画像信号として出力される。さらに、デジタル化した画像信号に対して、ＣＣＤの個々の素子の光感度のばらつきを補正するシェーディング補正を行った後に、画像信号をウェーブレット変換手段１に出力する。
さらに、デジタル画像信号は、ウェーブレット変換手段１によってウェーブレット変換され、複数の周波数帯域の係数信号に分解される。即ち、ウェーブレット変換手段１は、下記の式（１−１）〜（１−４）に示す主走査方向（Ｘ方向）と副走査方向（Ｙ方向）の各々に対するローパスフィルタS(X), S(Y)とハイパスフィルタh(X), h(Y)を基本ウェーブレット関数として変換が行われる。
S(X)＝(X_n ＋X_n+1) ／2 ・・・・（１−１）
S(Y)＝(Y_n ＋X_n+1) ／2 ・・・・（１−２）
h(X)＝ X_n −X_n+1 ・・・・・（１−３）
h(Y)＝ Y_n −X_n+1 ・・・・・（１−４）
次に、分解された複数の周波数帯域の係数信号は、量子化手段２によりそれぞれの係数信号ごとに量子化され、画像処理手段３に伝達される。画像処理手段３では、高精細画像を得るために種々の画像処理が施される。さらに、画像処理された信号は、ウェーブレット逆変換手段４によって実空間画像信号に変換され、画像出力手段としてのプリンタ５によって紙に出力される。また、システムコントローラ６は、内部にマイクロＣＰＵを保持しており、画像モードに合わせて上記スキャナ１０、ウェーブレット変換手段１、量子化手段２、画像処理手段３、ウェーブレット逆変換手段４、及びプリンタ５の各々に処理タイミングと処理内容とを指示する。
【０００７】
図２は、本発明の請求項１における画像処理手段３の構成を示したものであり、画像処理手段３は、フィルタ処理手段７、ガンマ変換手段８、及び階調処理手段９により構成されている。ここで、階調処理手段９以外の処理手段の処理順序を入れ替えても差し支えない。例えば、フィルタ処理手段７とガンマ変換手段８の処理順序が前後しても問題はない。
図３は、ウェーブレット変換手段１の構成例を示している。スキャナ１０を経由してウェーブレット変換手段１に入力された実空間画像信号d_ij は、ローパスフィルタS(X)２１とハイパスフィルタh(X)２２により各々主走査方向の低周波成分と高周波成分の係数信号に分解された後、ダウンサンプラー２３、２４により１／２にダウンサンプリングされ、係数信号Ｗ１、Ｗ２となる。さらに、各々の係数信号Ｗ１、Ｗ２に対してローパスフィルタS(Y)２５、２７とハイパスフィルタh(Y)２６、２８により副走査方向の低周波成分と高周波成分の係数信号に分解され、その後ダウンサンプラー２９、３０、３１、３２により１／２にダウンサンプリングされ、係数信号Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６となる。
【０００８】
上述したように、実空間画像信号d_ij は、ウェーブレット変換手段１により複数の異なる周波数帯域の係数信号Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６に分解され、ウェーブレット変換手段１より出力される。ウェーブレット変換手段１より出力された係数信号は、量子化手段２に入力される。量子化手段２では、係数信号毎に量子化器１から量子化器４により異なった量子化ビット数で量子化が行われる。この量子化手段２における割り当てビット数は、例えば高周波成分の係数信号Ｗ６には少ないビット数を、最も低周波成分であるＷ３には高ビット数を割り付けるようにして、量子化が行われる。
【０００９】
図４（Ａ）は、低周波成分を抽出するための基本ウェーブレット関数を表し、図３のローパスフィルタS(X)とS(Y)に該当する。また、図４（Ｂ）は、高周波成分を抽出するための基本ウェーブレット関数を表し、図３のハイパスフィルタh(X)とh(Y)に該当する。
図５は、量子化後の各係数信号を模式的に示してある。この各係数信号ＬＬ、ＨＬ、ＬＨ、ＨＨは、図３の量子化手段２の出力信号にそれぞれ該当する。係数信号ＬＬは、主走査方向及び副走査方向とも低周波成分の係数信号であり、係数信号ＨＬやＬＨでは順次高周波成分の係数信号になり、係数信号ＨＨに至って主走査方向及び副走査方向とも高周波成分の係数信号になる。図２に示されるフィルタ処理手段７では、図５に示す入力信号に対して伝達関数を乗算することにより実現する。この伝達関数の例が図６に示してある。図６（Ａ）は、平滑化特性を持った伝達関数であり、低周波成分に対する係数信号を保存し、それよりも高い高周波成分の信号に対しては減衰させるような特性を持っている。
【００１０】
また、図６（Ｂ）は、強調フィルタの特性を持った伝達関数の例であり、低周波成分に対する係数信号は保存するが、周波数が高くなるに連れて係数信号が増幅されるように動作する。平滑フィルタをかけるか、強調フィルタをかけるかは、図１のシステムコントローラ６からの指示に従って決められる。さらに、フィルタ処理手段７からの出力は、図７に示す各係数信号ＬＬ'、ＨＬ'、ＬＨ'、ＨＨ'になる。前記ガンマ変換手段８が処理を施す低周波成分の係数信号、及び前記階調処理手段９でディザ処理を施す低周波成分の係数信号は、図５に示す係数信号ＬＬに該当する。
【００１１】
図８は、ガンマ変換手段８のガンマ変換曲線１１の例を示している。ここでは、ガンマ変換曲線１１に従って、入力係数信号の低周波成分ＬＬ' のみを変換し、出力係数信号ＬＬ" を得るものである。ここで、ガンマ変換手段８では、低周波成分ＬＬ' 以外の高周波成分の係数信号に関しては、入力信号をそのまま出力信号とし、図９に示すような出力信号を得るものである。
次に、階調処理手段９に２値ディザ処理を用いた場合の例を説明する。図１０には、ディザ閾値の例が示されている。ここで、本実施の形態に係るディザ処理は、ガンマ変換手段８から出力される係数信号の低周波成分ＬＬ" を用いた濃度パターン法により実現する。濃度パターン法を図１０に示すディザ閾値パターンで行ったときの出力２値画像パターンは、図１１に示すパターン０（Ｐ０）〜パターン４（Ｐ４）の５通りである。このパターンのどれが選択されるかは入力する係数信号の低周波成分ＬＬ" の大きさにより一意的に決定される。その入力する係数信号の大きさと出力パターンの対応を示したのが表１である。
【００１２】
【表１】

例えば、入力する係数信号の低周波成分ＬＬ" の値を１２８とすると、上記表１よりＰ２のパターンが選択される。この時の画像パターンは図１１に示されるＰ２である。ここで、図１１のＰ０〜Ｐ４に示した２値ディザ画像パターンに対して前記式（１−１）〜（１−４）に示すウェーブレット関数を用いて、図３に示すウェーブレット変換を行った場合の係数信号を図１２のＰ０〜Ｐ４に示す。従って、係数信号の低周波成分ＬＬ" の値を１２８とすると、２値ディザ処理によるウェーブレット変換を行った場合の係数出力は図１２のＰ２となる。
【００１３】
また、図１３は階調処理手段９の詳細な構成例である。入力係数信号の低周波成分ＬＬ" を階調処理手段９の輝度パターンテーブル９ａに入力する。輝度パターンテーブル９ａは、上記表１に示す画像パターンＰ０〜Ｐ４の選択動作を行う。次に、選択された画像パターンに従ってウェーブレット係数テーブル９ｂより係数信号を出力する。ウェーブレット係数テーブル９ｂでは、図１１及び図１２に例示するように、あらかじめ画像パターンに対応したウェーブレット係数信号を算出したものを、ルックアップテーブルとして設置しておく。ウェーブレット係数テーブル９ｂでは、画像パターンを指示するアドレス信号と、二次元的に配列した係数信号を対応する位置で出力するための、係数読み出しタイミング発生手段９ｃからのアドレス信号に従って、対応する位置での係数信号を出力するように動作する。
【００１４】
次に、この階調処理手段９を含む画像処理手段３からの出力係数信号は、図１および図２に示されるように、ウェーブレット逆変換手段４に入力されて、係数信号から実空間画像信号に変換される。ウェーブレット逆変換手段４では、ウェーブレット変換手段１でのウェーブレット変換、つまり式（１−１）〜（１−４）に示す変換の全く逆の変換を行って、実空間の画像信号を求める。式（１−１）〜（１−４）に対する逆変換を、下記に式（２−１）〜（２−４）に示す。
X_n ＝ S(X) ＋h(X)／2 ・・・・（２−１）
X_n+1＝ S(X) −h(X)／2 ・・・・（２−２）
Y_n ＝ S(Y) ＋h(Y)／2 ・・・・（２−３）
X_n+1＝ S(Y) −h(Y)／2 ・・・・（２−４）
最後に、逆変換された実空間信号をプリンタ５に入力して、用紙上に画像を得る。
また、本実施の形態では、出力装置としてプリンタ５を取り上げたが、ディスプレイ等のような表示装置であっても構わない。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１、４に記載の発明によれば、入力された画像信号をウェーブレット変換手段により複数の異なる周波数帯域の係数信号に分解することが出来、量子化手段によって分解された各係数信号を画像の冗長性を削減するように量子化し、画像処理手段によって入出力装置の特性に合わせた高精細画像出力の為のフィルタ処理、ガンマ処理、および階調処理を施し、ウェーブレット逆変換手段によってウェーブレット逆変換を施し、得られた画像信号を画像出力手段によって媒体に出力させるように動作させることが出来るので、画像品質を保つに必要な周波数帯域の係数信号だけに画像処理を施し、高精細な画像を画質と処理速度を落とさずに画像を処理することが出来る。
請求項２、５に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の画像処理装置の階調処理手段は、ガンマ変換された低周波成分の値に基づき出力２値画像パターンを出力する輝度パターンテーブルと、出力２値画像パターンに対応するウェーブレット係数信号を出力するウェーブレット係数テーブルとを有するので、画像パターンに対応したウェーブレット係数信号を即座に読み出すことができる。
請求項３、６に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の画像処理装置の量子化手段は、第一のウェーブレット係数信号のうち、高周波成分の係数信号には少ないビット数を割り付け、低周波成分の係数信号には高いビット数を割り付けるので、画像の冗長性を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例を示す画像処理装置の要部のブロック図である。
【図２】本発明の請求項１における画像処理手段の要部のブロック図である。
【図３】ウェーブレット変換手段を説明するための説明図である。
【図４】（Ａ）は低周波成分を抽出するための基本ウェーブレット関数の説明図、（Ｂ）は高周波成分を抽出するための基本ウェーブレット関数の説明図である。
【図５】量子化後の各係数信号を模式的に示した説明図である。
【図６】（Ａ）は平滑化特性を持った伝達関数の説明図、（Ｂ）は強調フィルタの特性を持った伝達関数の説明図である。
【図７】フィルタ処理手段の出力の各係数信号を模式的に示した説明図である。
【図８】低周波成分のガンマ変換を説明する説明図である。
【図９】ガンマ変換手段の出力の各係数信号を模式的に示した説明図である。
【図１０】ディザ閾値パターンの例を示した説明図である。
【図１１】図１０のディザ閾値パターンより抽出された２値画像パターンの説明図である。
【図１２】図１１の画像パターンにウェーブレット変換を施した場合の係数信号を示した説明図である。
【図１３】階調処理手段の詳細なブロック図である。
【符号の説明】
１ウェーブレット変換手段
２量子化手段
３画像処理手段
４ウェーブレット逆変換手段
５プリンタ（画像出力手段）
６システムコントローラ
７フィルタ処理手段
８ガンマ変換手段
９階調処理手段
１０スキャナ

Claims

入力された画像信号に対してウェーブレット変換を行って、複数の異なる周波数帯域のウェーブレット係数信号に分解するウェーブレット変換手段と、
前記ウェーブレット変換手段により分解された前記各ウェーブレット係数信号を量子化する量子化手段と、
該量子化手段により量子化した各ウェーブレット係数信号にフィルタ処理を施すフィルタ処理手段と、
前記フィルタ処理された各ウェーブレット係数信号の中の低周波成分に対してガンマ変換処理を施すガンマ変換手段と、
前記ガンマ変換されたウェーブレット係数信号の低周波成分のみを用いて濃度パターン法によるディザ処理を行うことにより出力２値画像パターンを得て、該出力２値画像パターンに対応したウェーブレット係数信号を得る階調処理手段と、
該階調処理手段により得られたウェーブレット係数信号に逆ウェーブレット変換を施すウェーブレット逆変換手段と、
前記逆変換された画像信号を出力する画像出力手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
前記階調処理手段は、前記ガンマ変換された低周波成分の値に基づき前記出力２値画像パターンを出力する輝度パターンテーブルと、前記出力２値画像パターンに対応するウェーブレット係数信号を出力するウェーブレット係数テーブルとを有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
前記量子化手段は、前記第一のウェーブレット係数信号のうち、高周波成分の係数信号には少ないビット数を割り付け、低周波成分の係数信号には高いビット数を割り付けることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
入力された画像信号に対してウェーブレット変換を行って、複数の異なる周波数帯域のウェーブレット係数信号に分解するウェーブレット変換工程と、
前記ウェーブレット変換工程により分解された前記各ウェーブレット係数信号を量子化する量子化工程と、
該量子化工程により量子化した各ウェーブレット係数信号にフィルタ処理を施すフィルタ処理工程と、
前記フィルタ処理された各ウェーブレット係数信号の中の低周波成分に対してガンマ変換処理を施すガンマ変換工程と、
前記ガンマ変換されたウェーブレット係数信号の低周波成分のみを用いて濃度パターン法によるディザ処理を行うことにより出力２値画像パターンを得て、該出力２値画像パターンに対応したウェーブレット係数信号を得る階調処理工程と、
該階調処理工程により得られたウェーブレット係数信号に逆ウェーブレット変換を施すウェーブレット逆変換工程と、
前記逆変換された画像信号を出力する画像出力工程と、
を備えることを特徴とする画像処理方法。
前記階調処理工程は、輝度パターンテーブルにより前記ガンマ変換された低周波成分の値に基づき前記出力２値画像パターンを得るステップと、ウェーブレット係数テーブルにより前記出力２値画像パターンに対応するウェーブレット係数信号を得るステップとを有することを特徴とする請求項４に記載の画像処理方法。
前記量子化工程は、前記第一のウェーブレット係数信号のうち、高周波成分の係数信号には少ないビット数を割り付け、低周波成分の係数信号には高いビット数を割り付けることを特徴とする請求項４に記載の画像処理方法。