JP3957523B2 - カラー画像処理装置、カラー画像処理方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー画像処理装置、カラー画像処理方法、カラー画像処理装置の機能を実行するためのプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、より詳細には、網点や万線パターン等により表現された原稿を用いて、入力機器に最適な平滑化方法を決定するデジタルカラー画像処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くのカラー印刷物は印刷機の機械的な制限から、本来の入力画像データには含まれない網点や万線パターン等の構造で出力画像を構成している。
このカラー印刷物をデジタル画像として読み取る場合、スキャナや画像処理の解像度が向上した結果、この構造がそのままデジタルデータとしてデジタル画像処理装置に取り込まれてしまうようになった。
【０００３】
多くの画像処理では、局所的な色推定の精度を上げるために、多くは、初段で原画像を平滑化する必要があるため、これらの構造を単純に平滑化した場合、本来画像に含まれる文字や写真等のエッジも平滑化されてしまい、画像品質が低下することがあった。そのため原稿に適応して平滑化処理を切り替える必要があり、また、スキャナなどの入力機器が異なると取り込まれるデジタルデータも異なってくるため、入力機器に対しても平滑化方法を適応して変化させる必要がある。
【０００４】
原稿の内容により処理方法を切り替える方法としては、特開平７−３２２０６０号公報の「像域分離装置とこれを備えるファクシミリ装置及び電子ファイル装置」がある。この方法では、連続するエッジを文字領域に含まれるエッジとして判断し、エッジ強調を行い、それ以外のエッジに対しては平滑化を施している。また、Ｍ．Ｎａｇａｏ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｙａｍａによる“Ｅｄｇｅ Ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ”（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｎｄ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｖｏｌ．９， ｐｐ．３９４−４０７，１９７９）のようなエッジ保持平滑化を施す方法もある。
【０００５】
また、入力する機器自体を調整することによって、最良な画像を取り込めるようにする技術としては、以下のものがある。
【０００６】
特開平５−３４４３２６号公報の「画像処理方法および装置」は、較正用のチャートを用いて入力機器の色補正を行う方法を示しているが、チャート自体が網点等ではなく、一様領域として印刷されていることが求められる。網点で表現されたチャートを用いる場合には、入力機器の解像度や光学系の伝達関数（ＭＴＦ特性）等の情報が未知であるために、十分な較正ができない。
【０００７】
特開２０００−１５１９９７号公報の「原稿種判定装置及び画像処理装置」は、入力された原稿の種別（地図ライクなものとそれ以外のもの）を自動認識して、その認識した種別に応じて原稿に適した再現系のディザパターンを変調するものであり、局所的な色推定精度を向上させるものではない。
【０００８】
特開平６−６２２３０号公報の「画像形成装置」は、入力画像からエッジを抽出し、その勾配とエッジ間の実次元距離により平滑化フィルタの大きさを変えるようにしているが、特定の入力機器を想定しているため、原稿に適応して処理を変えることはできても、入力機器が変更された場合に対応できない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術の較正方法は、特徴量としてカラーエッジを用いている。しかし、カラーエッジは入力機器の特性により大きな変動を受けるため、たとえ較正用標準原稿を特定できたとしても、較正するのに十分な情報が得られない場合がある。
例えば、高解像度での取り込みの場合に色収差の違い等によりカラーエッジ成分が変化することがあり不利である。
【００１０】
さらに、大多数のエッジ抽出方法は、極めて小さなウィンドウ内部の特徴のみからエッジ量を算出するため、高解像度になるにしたがって較正用の情報としてのエッジ量分布が安定しなくなり、網点等のミクロの構造によるエッジと、文字等の意味のあるマクロの構造によるエッジを区別することが難しくなってくる。
【００１１】
本発明は、上記の実情を考慮してなされたものであって、ユーザの用いる各入力機器に適した平滑化方法を選択できるカラー画像処理装置、カラー画像処理方法、カラー画像処理装置の機能を実行するためのプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１は、紙面にカラー印刷され、特定の線数の網点で表現されたパッチを複数個含んだ原稿をデジタル入力する入力機器を備え、前記入力機器から入力された原稿に含まれるパッチの画像情報から計算される分散または標準偏差をもとに、前記入力機器に適した網点領域の平滑化方法を選択し、入力された前記画像情報を前記平滑化方法により平滑化してから画像処理を施すようにしたカラー画像処理装置において、前記平滑化方法は、前記パッチの画像情報から計算された分散または標準偏差によって網点領域を切り出し、その網点領域と境界部分におけるそれぞれの分散または標準偏差から計算される前記パッチ内の網点領域部分の分散または標準偏差と、境界部分の分散または標準偏差の比をもとに選択することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２は、特定の線数の網点で表現されたパッチを複数個含み、紙面にカラー印刷された原稿を入力機器によりデジタル入力し、この入力されたデジタルカラー原画像における前記パッチの画像情報から計算された分散または標準偏差によって網点領域を切り出し、その網点領域と境界部分におけるそれぞれの分散または標準偏差から計算される網点パッチ内の網点領域部分の分散または標準偏差と、境界部分の分散または標準偏差の比をもとに、前記入力機器に適した網点領域の平滑化方法を選択し、入力された前記画像情報を前記平滑化方法により平滑化してから画像処理を施すようにしたことを特徴とする。
また、本発明の請求項３は、コンピュータに、請求項１に記載のカラー画像処理装置の機能を実行させるためのプログラムである。
また、本発明の請求項４は、請求項３に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１４】
以上のように構成することによって、以下の効果がある。
（１）高精度の局所色推定を必要とする画像処理に対して、入力機器の矯正方法として有効な平滑化方法を選択できる。
（２）単一の入力機器に特化して開発された画像処理であっても、他の複数の入力機器に適用できるように拡張できる。
（３）従来の較正方法では対応できなかった広い範囲の入力機器を較正することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（１）本発明の平滑化方法選択へのアプローチ
入力機器として、例えば、デジタルスキャナを考えた場合、空間解像度が同一でも、光学系のＭＴＦ特性の違いにより入力画像は大きく異なってくる。
そのため異なるデジタルスキャナから得られた画像に対して単一の方法で平滑化を施すことは、すべての場合において必ずしも理想的な結果が得られないことを意味している。
【００１６】
これを空間周波数について考えると、マクロ構造のエッジが高周波成分による広い範囲の分布を持つのに対して、ミクロ構造のエッジは高周波の特定の周波数周辺に偏った分布をしている。
デジタルスキャナのＭＴＦ特性が低周波側に強く偏っている場合、ミクロ構造のエッジとマクロ構造のエッジの両方ともエッジ強度が小さくなる傾向があるが、空間周波数でみるとミクロ構造のエッジの方が高周波に偏っているために、ミクロ構造のエッジの方が、減衰率が大きいことが期待される。
【００１７】
この場合、過度の平滑化を行ってしまうことにより、マクロ構造のエッジが減衰し過ぎてしまうことが問題となる。これを防ぐためには、平滑化を行うウィンドウを小さくすることが最も単純な方法である。平滑化をマスク処理として考えた場合、マスクを小さくするか、周囲の重みを小さくすることで達成される。
【００１８】
逆に、デジタルスキャナのＭＴＦ特性が高周波側に偏っている場合には、ミクロ構造のエッジが強調されるため、ミクロ構造のエッジとマクロ構造のエッジの比が小さくなる。
この場合、平滑化が弱く、平滑化後も網点のエッジが残ってしまうことが問題となる。この対策として、平滑化を行うウィンドウを大きくするか、マスクの周囲の重みを大きくすることが考えられる。これは平滑化を繰り返すことに相当する。
しかし、この場合にはマクロ構造のエッジが必要以上に減衰してしまうことも考えられる。そのためマクロエッジの減衰率がある閾値を越える場合には、エッジ保持平滑化を用いることが有効である。
【００１９】
以下に、図面を用いて本発明の一実施形態の構成および動作を詳細に述べる。
（２）実施形態１
図１は、カラーデジタル複写機に本発明を適用した場合の機能構成図である。
図１において、このカラーデジタル複写機は、カラー原稿の画像情報を画素単位で走査し、サンプリングすることによって読み取るためのカラー画像入力手段１０と、カラー画像入力手段１０によって読み取られた画像情報に対して平滑化処理を行うための方法を選択する平滑化方法選択手段２０と、平滑化方法選択手段２０で選択された平滑化方法で読み取られた画像情報を平滑化する平滑化手段３０と、平滑化手段３０で処理された画像情報に対して、色補正、エッジ強調、ディザ／誤差拡散等の画像処理を行い、出力装置の特性に適合するようにデータ変換を行う画像処理手段４０と、画像処理手段４０で処理された出力データをもとにプリント動作により出力画像を得る画像出力手段５０とで構成されている。
【００２０】
次に、図２の処理フローチャートを参照して、本発明の要旨である平滑化方法選択手段２０の動作について説明する。
先ず、予め作成しておいた較正用標準原稿（図３参照）を調整したいターゲットとなる入力機器（ここでは本発明を実施するカラーデジタル複写機の画像読み取り部）によりデジタル画像データとして取り込む（ステップＳ１）。
この較正用標準原稿には、図３のような一般の印刷物で良く用いられる複数の線数を含む原稿、例えば「電子写真学会テストチャート」等を使う。
【００２１】
読み取った画像データのすべての網点領域に対して、予め決めておいた初期サイズのウィンドウに分割し、それらすべてのウィンドウ内部の統計量（分散または標準偏差等）を算出する（ステップＳ２）。ここで初期サイズは、画像の解像度が高いほどサイズは大きくなるように、画像の解像度とサイズとを対応させたテーブルを予め作成しておき、このテーブルと入力解像度から決定する。
以降では、簡単のため「統計量」を「分散」として説明するが、「標準偏差」であっても同様に適用することができる。
【００２２】
すべての線数の網点領域の分散が予め決めてある閾値ＴＨｖａｒｉａｎｃｅよりも小さい場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、平滑化方法としては「平滑化は行わない」を選択する（ステップＳ４）。この場合、カラー画像入力手段１０で入力された画像を平滑化手段３０で平滑化せずそのまま画像処理手段４０へ渡すことになる。
【００２３】
この閾値ＴＨｖａｒｉａｎｃｅはどの程度の平滑性をもつ画像をユーザが必要としているかにより決まるので、ユーザ側で設定することもできる。
または、後段の処理で求められる平滑性が予め判っている場合には、それを基に決めても良い。多くの場合、高解像度読み取りの場合に網点等の構造が入力データに含まれてしまうので、平滑化処理が求められるのであるから、入力機器の解像度が一定以下の低解像度の場合には平滑化を施さないようにしても良い。
【００２４】
次に、いくつかの種類の網点領域の分散が閾値ＴＨｖａｒｉａｎｃｅよりも大きい場合には（ステップＳ３のＮｏ）、すべてのウィンドウ内を平滑化し、その平滑化結果に対して、ウィンドウ内部での分散を算出する（ステップＳ５）。（ただし、この平滑化を行った結果は、既に入力画像の分散の計算時に算出されているのでそれを用いることもできる。）
【００２５】
平滑化した後、すべての線数の網点領域の分散が閾値ＴＨｖａｒｉａｎｃｅよりも大きい場合には（ステップＳ６のＮｏ）、平滑化に用いるウィンドウのサイズを大きくして（ステップＳ７）、ステップＳ５以降の処理を行う。但し、判断の整合性を保つため、分散の計算に用いるウィンドウサイズは以前のまま固定しておく。
【００２６】
すべての線数の網点領域の分散が閾値ＴＨｖａｒｉａｎｃｅよりも小さい場合には（ステップＳ６のＹｅｓ）、ステップＳ８以降でマクロエッジについての検討を行う。
【００２７】
平滑化の問題点の一つは過度の平滑化によりマクロのエッジがなまってしまうことである。平滑化ウィンドウのサイズが大きすぎる場合、網点領域から得られる分散値は充分小さくなるが、同時にマクロエッジと判断される、分散値の高い部分の幅が広くなってしまう。
そこで、次に示す二つの方法等のように、網点領域部分の分散と境界部分の分散を用いて、ここまでで計算したウィンドウサイズが適当であったか否かを検証する。
【００２８】
また、下記方法１および方法２で用いる網点領域切り出しには、例えば、図４において、主走査方向（ｉ）、副走査方向（ｊ）における画素Ｐ１（ｉ，ｊ）の分散が閾値ＴＨよりも大きいときに、画素Ｐ２（ｉ−１，ｊ−１）、画素Ｐ３（ｉ−１，ｊ）、画素Ｐ４（ｉ−１，ｊ＋１）または画素Ｐ５（ｉ，ｊ−１）のいずれかの分散が閾値ＴＨよりも小さいときに、その閾値より分散が小さい画素の位置を記憶する。これをすべての画素について実行することによって、網点領域とそれ以外の領域の境界が見つけられる。
通常の印刷では、紙面部分と網点部分の分散は、５〜１０倍程度異なるので、閾値処理が有効に働くので、網点領域を切出すために分散を用いることは有利である。
【００２９】
（方法１）
較正用標準原稿の網点領域とそれ以外の領域との境界部分に着目し、分散値がある閾値ＴＨｅｄｇｅを超える画素から構成される画素群に注目し、この画素群よりなる領域の幅がある閾値ＴＨｗｉｄｔｈを超えるか否かを検証する。
このために、すべての網点パッチ内の分散を計算し、すべての網点パッチ内での境界部分（上記した網点領域の切り出し方法で求める）の幅が閾値ＴＨｗｉｄｔｈを超える場合には（ステップＳ８，ステップＳ９のＮｏ）、単純な平滑化ではなく、エッジ保持平滑化を最適な平滑化方法として選択する（ステップＳ１１）。
また、そうでない場合には、上記ステップＳ１からステップＳ６で求めたウィンドウサイズを最適な平滑化方法として選択する（ステップＳ１０）。
ここで、閾値ＴＨｅｄｇｅは、入力の平均輝度と輝度のダイナミックレンジから予め適当な値に決めておく。また、閾値ＴＨｗｉｄｔｈは、平滑化出力における文字等の「ぼけ」をどの程度許容するかを示す閾値であるから、ユーザ側で予め適当に設定しておく。
【００３０】
（方法２）
網点領域部分の分散はより小さいことが望ましく、境界部分の分散は大きいことが望ましい。そのため平滑化強度を検証するために、下記の関数ｔを定義し、網点パッチごとに計算する。
ｔ ＝ Ｖｓｃ ／ Ｖｅｄ
ここでＶｓｃ、Ｖｅｄは、それぞれ網点パッチ内の網点領域部分の分散と境界部分の分散であり、それぞれ一つの網点パッチにおける平均である。
このように定義した関数ｔが、小さいほど優秀な平滑化といえる。
【００３１】
このために、すべての網点パッチ内での網点領域（上記した網点領域の切り出しで求める）での分散（Ｖｓｃ）と境界部分での分散（Ｖｅｄ）とから、その網点パッチでの関数ｔを計算し、すべての網点パッチの関数ｔが予め決めてある閾値ＴＨｒａｔｉｏよりも大きくなる場合には、単純な平滑化ではなく、エッジ保持平滑化を最適な平滑化方法として選択する。
また、そうでない場合には、上記ステップＳ１からステップＳ６で求めたウィンドウサイズを最適な平滑化方法として選択する。
【００３２】
図５は、図３の較正用標準原稿に対して上記の方法で適正なウィンドウサイズの網点パッチの分散を計算した例である。
図６は、図３の較正用標準原稿に対して上記の方法で過度に広げたウィンドウサイズの網点パッチの分散を計算した例である。
平滑化ウィンドウを大きくするに従い、網点部分の分散は小さくなるが、境界部分もなまるため、境界部分の分散も小さくなり、かつ境界部分の幅が広くなる。
【００３３】
以上のように構成したことにより、本実施形態は、特定の線数の網点や万線パターン等の微細パターンで表現された原稿を用いることによって、ユーザが用いる入力機器に適した平滑化方法を選択できる。
また、このような原稿から微細パターンによるエッジ（ミクロ構造のエッジ）と、微細パターンにより構成されるパッチによるエッジ（境界もしくはマクロ構造のエッジ）を表わす統計量から、入力画像に施す平滑化方法を決定することができる。
また、エッジ量を表わす統計量として、局所ウィンドウ内部の統計量を用いることにより、入力機器の大きな変動にも対応でき、エッジの方向に依存せずに統計量を算出できる。
さらに、上記原稿を理想的に平滑化した場合、ミクロ構造のエッジはすべて消え、マクロ構造のエッジはすべて残る。予めこの理想的な平滑化を施した原稿の統計量（分散もしくは標準偏差）のヒストグラムを算出しておき、較正情報と比較することで較正精度を向上させることもできる。
【００３４】
（３）実施形態２
図７は、上述した本発明のカラー画像処理装置を実施するためのコンピュータシステムの構成を示すブロック図である。
図７において、コンピュータシステムは、スキャナまたはデジタルカメラ等の画像入力機器１、ディスプレイ等の表示装置２、キーボード等の入力装置３、ハードディスク等の記憶装置４、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６、プリンタ等の画像印刷機器７および媒体読取装置８とをデータバス９によって接続している。
【００３５】
上述した実施形態のカラー画像処理装置の機能を実行するプログラムコードを記録媒体に記録し、その記録媒体に記録されたプログラムコードを媒体読取装置８や記憶装置４から読み取って、図７のコンピュータへインストールし、そのプログラムをＣＰＵ５で実行することにより容易に本発明を実施できる。
【００３６】
即ち、このインストールされたプログラムを実行すると、カラー原稿を画像入力機器１で入力してデジタル化し、ＲＡＭ６または記憶装置４へ記憶する。
さらに、この記憶された画像データに対して上述の一連の処理を行う際、途中経過や途中結果が表示装置２を通してユーザに提示され、必要な場合には、入力装置３からユーザが処理に必要なパラメータを入力指定する。また、その処理の実行中に作られる中間データは、ＲＡＭ６や記憶装置４へ蓄積され、必要に応じて、ＣＰＵ５によって読み出し、修正・書き込みが行われる。
この結果、処理された画像はＲＡＭ６や記憶装置４または画像印刷機器７のメモリ等へ蓄積される。画像印刷機器７のメモリへ蓄積された場合には、中間調処理等を経て画像印刷機器７へ出力される。
【００３７】
この記録媒体から読出されたプログラムコード自体も上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードおよびそのコードを記憶した記録媒体は本発明を構成することになる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような効果がある。
・高精度の局所色推定を必要とする画像処理に対して、入力機器の矯正方法として有効な平滑化方法を選択できる。
・単一の入力機器に特化して開発された画像処理であっても、他の複数の入力機器に適用できるように拡張できる。
・従来の較正方法では対応できなかった広い範囲の入力機器を較正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施するカラーデジタル複写機の機能構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の要旨である平滑化方法選択手段の動作を示すフローチャートである。
【図３】 較正用標準原稿の例を示す図である。
【図４】 網点領域の境界部分を切り出す方法を説明するための図である。
【図５】 図３の原稿に対する分散値の例を示す図である。
【図６】 図３の原稿に対して過度の平滑化が行われた結果の例を示す図である。
【図７】 本発明を実施するためのコンピュータシステムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…画像入力機器、２…表示装置、３…入力装置、４…記憶装置、５…ＣＰＵ、６…ＲＡＭ、７…画像印刷機器、８…媒体読取装置、９…データバス、１０…カラー画像入力手段、２０…平滑化方法選択手段、３０…平滑化手段、４０…画像処理手段、５０…画像出力手段。

Claims (4)

1. 紙面にカラー印刷され、特定の線数の網点で表現されたパッチを複数個含んだ原稿をデジタル入力する入力機器を備え、前記入力機器から入力された原稿に含まれるパッチの画像情報から計算される分散または標準偏差をもとに、前記入力機器に適した網点領域の平滑化方法を選択し、入力された前記画像情報を前記平滑化方法により平滑化してから画像処理を施すようにしたカラー画像処理装置において、前記平滑化方法は、前記パッチの画像情報から計算された分散または標準偏差によって網点領域を切り出し、その網点領域と境界部分におけるそれぞれの分散または標準偏差から計算される前記パッチ内の網点領域部分の分散または標準偏差と、境界部分の分散または標準偏差の比をもとに選択することを特徴とするカラー画像処理装置。
2. 特定の線数の網点で表現されたパッチを複数個含み、紙面にカラー印刷された原稿を入力機器によりデジタル入力し、この入力されたデジタルカラー原画像における前記パッチの画像情報から計算された分散または標準偏差によって網点領域を切り出し、その網点領域と境界部分におけるそれぞれの分散または標準偏差から計算される前記パッチ内の網点領域部分の分散または標準偏差と、境界部分の分散または標準偏差の比をもとに、前記入力機器に適した網点領域の平滑化方法を選択し、入力された前記画像情報を前記平滑化方法により平滑化してから画像処理を施すようにしたことを特徴とするカラー画像処理方法。
3. コンピュータに、請求項１に記載のカラー画像処理装置の機能を実行させるためのプログラム。
4. 請求項３に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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