JP4057223B2

JP4057223B2 - デジタル画像の二値化しきい値選択方法

Info

Publication number: JP4057223B2
Application number: JP2000197691A
Authority: JP
Inventors: 和也竹村; 鉄也水野; 志保児島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002016801A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル画像の二値化しきい値選択方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スキャナ等の画像読み取り装置により入力されるデジタル画像には、原稿の余白領域に対応する背景及びデバイス自体の色彩に対応する背景の２種類の背景並びに文字、図形及び写真の対象領域が含まれている。後者の背景は、デバイスの読み取り領域に対して原稿が小さい場合に生じ、フラットベッド型スキャナを例にとると、原稿カバーの原稿台ガラス対向面に対応する画像領域である。通常、原稿カバーの原稿台ガラス対向面は、これに対応する画像領域の濃度が最も淡くなるようにほぼ純白になっているのに対し、原稿の余白領域、すなわち紙等の素地は多少色づいている。デジタル画像から背景を切り出し、紙面上の文字、図形及び写真の対象領域を抽出するには二値化処理を行う。このような二値化処理では、前述の２種類の背景をともに背景として切り出すことができる二値化しきい値の選択が必要となる。
【０００３】
従来、二値化処理に用いる固定しきい値の選択方法として、ｐ−タイル法、判別分析法等が知られている。ｐ−タイル法は入力画像の濃淡分布が既知である場合に適した固定しきい値の選択方法である。判別分析法は濃度値のヒストグラムの谷間を検出し、その谷間の濃度値を二値化しきい値として用い、入力画像の濃淡分布が未知である場合にも適用できる固定しきい値の選択方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ｐ−タイル法は、入力画像の濃淡分布に共通の特徴がない場合、有効な二値化しきい値を選択することができない。また、判別分析法によると、濃度値のヒストグラムに互いに判別することが困難な複数の谷間がある場合、有効な二値化しきい値を選択することができない。したがって、ｐ−タイル法及び判別分析法によると、前述の２種類の背景が存在するデジタル画像の二値化処理に用いる適切なしきい値を選択することができない場合があった。特に新聞紙や淡色の色紙に文字、図形及び写真が記載された原稿については、多くの場合、原稿余白部分が読み取り対象領域として抽出されていた。
また、場所によってしきい値を変える動的しきい値処理によると、処理時間が長くなり、また二値画像にノイズを含みやすいという問題があった。
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであって、原稿の余白領域に対応する背景と、デバイス自体の色彩に対応する背景とをデジタル画像から切り出す二値化処理に最適なしきい値を選択するデジタル画像の二値化しきい値選択方法及び二値化しきい値選択プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のデジタル画像の二値化しきい値選択方法及び請求項４記載の二値化しきい値選択プログラムによると、デジタル画像の輝度値の度数分布を求め、輝度値が０以上かつ第一固定しきい値以下の第一区間の累積度数をＸとし、輝度値が第二固定しきい値以上かつ第一固定しきい値以下の第二区間の累積度数をＹとするとき、Ｙ／Ｘが第三固定しきい値より大きいか否かを判別することにより、原稿の余白領域の色彩に応じたしきい値の選択が必要か否かを判別する。適切な第一、第二及び第三固定値を設定することにより、Ｙ／Ｘが第三固定しきい値より大きい場合、前記第二区間の最頻値近傍の輝度値を有する画像領域を原稿の余白領域として判別することができる。したがって、第二区間の最頻値から所定値を減じた値を二値化しきい値として選択することにより、原稿の余白領域に対応する背景とデバイス自体の色彩に対応する背景とをデジタル画像から切り出す二値化処理に最適なしきい値を選択することができる。尚、第二区間の最頻値から固定値を減じた値を二値化しきい値として選択することにより、処理時間を短縮し、また、輝度値の複雑な度数多角形を形成する画像に対しても常に最適なしきい値を選択することができる。尚、本明細書において輝度値とは画素の濃淡を表すスカラー量である。輝度値は画素が淡い色であるほどすなわち白色に近づくほど大きな値となり、画素が濃い色であるほどすなわち黒色に近づくほど小さな値となる。
【０００７】
Ｙ／Ｘが第三固定しきい値より小さい場合、第二区間の輝度値を有する画像領域には同等の輝度値を有する広い画像領域がないことから、第一区間より輝度値の高い画像領域に原稿の余白領域が存在し、或いは原稿に余白領域がないことが判別される。したがって、本発明の請求項２記載のデジタル画像の二値化しきい値選択方法及び請求項５記載の二値化しきい値選択プログラムでは、Ｙ／Ｘが第三固定しきい値以下である場合に前記第一固定しきい値を二値化しきい値として選択し、原稿の余白領域に対応する背景とデバイス自体の色彩に対応する背景とをデジタル画像から切り出す二値化処理に実験から得られる経験則によって求められる第一固定しきい値を用いることとしている。
【０００８】
本発明の請求項３記載のデジタル画像の二値化しきい値選択方法及び請求項７記載の二値化しきい値選択プログラムによると、２５６階調のデジタル画像に対し前記第二固定しきい値を１６０とする。この値は、種々の紙を読み取ったデジタル画像の輝度値の度数分布を解析することにより得た値である。第二固定しきい値を１６０とすることにより、読み取り対象となるほとんど全ての原稿について適切なしきい値を選択して正確な二値化処理を実施することができ、例えば比較的素地の色の濃い新聞等に対しても正確な二値化処理を実施することができる。
【０００９】
本発明の請求項４記載のデジタル画像の二値化しきい値選択方法及び請求項８記載の二値化しきい値選択プログラムによると、２５６階調のデジタル画像に対し前記所定値を３０とする。この値は、種々の原稿を読み取ったデジタル画像の輝度値の度数分布を解析することにより得た値である。所定値を３０とすることにより、読み取り対象となるほとんど全ての原稿について適切なしきい値を選択して正確な二値化処理を実施することができ、例えば素地に色むらのある紙に印刷された原稿に対しても正確な二値化処理を実施することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づき説明する。図１に本発明の一実施例によるデジタル画像の二値化しきい値選択方法のフローチャートを示す。この方法はコンピュータにより二値化しきい値選択プログラムを実行することによって実施される。本実施例においてデジタル画像は各画素がＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色成分について０〜２５５までの２５６の階調値を有するものとする。
【００１１】
はじめに、二値化処理の対象となるデジタル画像の全画素についてコンピュータを用いた次式の演算により輝度値Ｙを求め、輝度値の度数分布を求める。尚、次式においてＲ、Ｇ、Ｂは色成分の階調値を表すものとする。
Ｙ＝０．３０Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ
【００１２】
次に、処理装置を用いた演算により輝度値０以上２００以下の累積度数Ｆ₀ _〜 ₂₀₀、輝度値１６０以上２００以下の累積度数Ｆ₁₆₀ _〜 ₂₀₀を求め、次式を満たすか否かを判別する。
Ｆ₁₆₀ _〜 ₂₀₀／Ｆ₀ _〜 ₂₀₀＞０．４
この段階により、二値化しきい値として予め決められた固定値を選択するか、或いは演算によって求める固定値を選択するかを決定する。
【００１３】
第一固定しきい値としての輝度値２００は、読み取り領域に現れるスキャナ自体の色彩に対応する画素の輝度値を解析する実験を種々のスキャナに対して実施し、実用上最も正確に二値化処理を行うことができるように定めたものである。尚、実験結果によると、読み取り領域に現れるスキャナ自体の色彩に対応する画素の輝度値が２００を下回るスキャナは見あたらなかった。第二固定しきい値としての輝度値１６０は、原稿の余白領域に対応する画素の輝度値を検査する実験を種々の原稿に対して実施し、実用上最も正確に二値化処理を行うことができるように定めたものである。尚、実験結果によると、原稿の余白領域に対応する画素の輝度値が１６０を下回る原稿は見あたらなかった。第三固定しきい値としての０．４は、余白部分の輝度値が１６０〜２００になる種々の原稿を読み取って解析し、実用上最も正確に二値化処理を行うことができるように定めたものである。
【００１４】
尚、第一、第二及び第三固定しきい値は本実施例で定める値に限定されるものではない。例えば、デジタル画像の階調が２分の１であればしきい値もそれぞれ２分の１に定め、階調が２倍であればしきい値も２倍にすることにより本実施例と同等の正確さで二値化しきい値を選択することができる。また、正確な二値化処理のできる範囲をどの程度に定めるかによって、第一、第二及び第三固定しきい値として設定すべき値が変動する。本実施例で採用した値を第一、第二及び第三固定しきい値として設定する場合、例えばアメリカ合衆国で発行されている比較的色の濃い紙に印刷されている新聞をスキャナで読んだ場合にも正確に背景領域を切り出し、文字、図形及び写真の対象領域を抽出することができる。
【００１５】
（１）Ｆ₁₆₀ _〜 ₂₀₀／Ｆ₀ _〜 ₂₀₀＞０．４である場合
処理装置を用いた演算により輝度値１６０〜２００の区間における最頻値Ｙ_maxを求める。この段階において、原稿の余白部分の輝度値がＹ_maxの近傍にあることが検出される。
次に処理装置を用いた次式の演算により選択すべき二値化しきい値Ｔを求める。この段階により、二値化処理で用いるしきい値として原稿の紙の色に応じた値が原稿ごとに選択される。
Ｔ＝Ｙ_ｍａｘ−３０
所定値としての３０は余白部分の輝度値のばらつきを考慮した値であって、実験により種々の原稿を読み取った画像データを解析することにより求めた値である。
【００１６】
（２）Ｆ₁₆₀ _〜 ₂₀₀／Ｆ₀ _〜 ₂₀₀≦０．４である場合
二値化しきい値ＴをＴ＝２００とする。この段階により、二値化しきい値として予め決められた固定値が選択される。
【００１７】
以上、本発明の一実施例によるデジタル画像の二値化しきい値選択方法を説明した。以下、フラットベッド型スキャナとパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという。）とを備える画像処理システムにおいて、上記実施例によるデジタル画像の二値化しきい値選択方法を用いた対象領域の抽出処理の一例を説明する。
【００１８】
画像処理システムは図２に示すようにフラットベッド型スキャナ２０とＰＣ１０とから構成する。ＰＣ１０はモニタ１１、本体１２及びキーボード１３から構成されている。本体１２には処理装置１４、主記憶装置１５、ハードディスク装置１６及びフレキシブルディスク装置１７が設けられ互いにバス接続されている。ハードディスク装置１６にはフレキシブルディスク装置１７から転送された二値化しきい値選択プログラム及び二値化処理プログラムを含むスキャナドライバプログラムが格納されている。フラットベッド型スキャナ２０は透明な原稿台ガラス２２が設けられている本体２３と原稿カバー２１とからなる。原稿カバー２１は本体に揺動自在に支持されている。原稿カバー２１の原稿台ガラス２２対向面は白色のアクリル板で覆われている。
【００１９】
原稿台ガラス２２に原稿をセットし、スキャナドライバプログラムを実行して原稿を走査すると画像データがスキャナ２０から主記憶装置１５に転送される。二値化処理にあたっては、処理時間短縮のため、例えば３０ｄｐｉ（dot per inch）程度で低解像度のプレスキャンを行い、プレスキャンの結果得られる画像データを用いて二値化処理を実行することが望ましい。二値化しきい値選択プログラムが実行されると、主記憶装置１５に格納された画像データに対し、上記実施例によるデジタル画像の二値化しきい値選択方法に基づくアルゴリズムに従って二値化しきい値が選択される。二値化しきい値選択プログラムの実行が終了し、二値化処理プログラムの実行に移行すると、二値化しきい値選択プログラムによって選択された二値化しきい値より輝度値の大きい画素には値１、輝度値の小さい画素には値０が与えられ、これらの１、０の値を用いて背景領域と対象領域との判別が行われる。
【００２０】
原稿２４が新聞紙の切り抜きである場合、すなわち紙が多少色づいている原稿の場合、主記憶装置１５に格納される画像データはおよそ図３に示すような輝度値ヒストグラムを形成する。輝度値が２００より大きい区間にある山は、原稿台ガラス２２の原稿２４に覆われていない領域を覆っている原稿カバー２１の白色のアクリル板に対応する画素の集合を示している。輝度値が１６０〜２００の第二区間にある山は、原稿２４の余白に対応している画素の集合を示している。輝度値が１６０未満の区間にある画素の分布は原稿２４に記載されている文字、図形及び写真に対応している画素の集合を示している。このヒストグラムを形成する原稿の場合、第一区間にある画素の総数に対する第二区間にある画素の総数の割合が４０％を超えているため、二値化しきい値選択プログラムは第二区間の最頻値から二値化しきい値を求めるサブルーチンに分岐し、第二区間の最頻値から３０を減じた値を二値化しきい値として選択する。
【００２１】
原稿２４が白色の上質コート紙に印刷されたパンフレットである場合、すなわち紙がほぼ純白の原稿である場合、主記憶装置１５に格納される画像データはおよそ図４に示すような輝度値ヒストグラムを形成する。輝度値が２００より大きい区間にある山は、原稿台ガラス２２の原稿２４に覆われていない領域を覆っている原稿カバー２１の白色のアクリル板、または原稿２４の余白に対応している画素の集合を示している。輝度値が２００未満の区間にある画素の分布は原稿２４に記載されている文字、図形及び写真に対応している画素の集合を示している。このヒストグラムを形成する原稿の場合、第一区間にある画素の総数に対する第二区間にある画素の総数の割合が４０％以下であるため、二値化しきい値選択プログラムは第一固定しきい値を二値化しきい値として選択するサブルーチンに分岐し、第一固定しきい値である輝度値２００を二値化しきい値として選択する。
【００２２】
本発明の一実施例によるデジタル画像の二値化しきい値選択方法によると、新聞紙、再生紙、薄い色の色紙のように紙が多少色づいた原稿に対して適切な二値化しきい値を選択することができる。また、白色の上質コート紙のように紙が純白に近い原稿に対しては予め決められた固定しきい値を用いることにより二値化しきい値の選択時間を短縮している。また、原稿に応じて二値化しきい値を変更する際、最頻値近傍の度数分布の解析によってヒストグラムの谷を検出する処理によって二値化しきい値を選択することなしに最頻値から固定値を減じた値を二値化しきい値として選択しているため、ヒストグラムが複雑な形状を呈し、ヒストグラムの谷間が判別しにくい原稿に対しても適切な二値化しきい値を確実に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるデジタル画像の二値化しきい値選択方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施例によるデジタル画像の二値化しきい値選択方法を実施する画像処理システムを示す模式図である。
【図３】新聞紙を走査したときに得られる画像データの輝度値ヒストグラムである。
【図４】白色の上質コート紙に印刷されたパンフレットを走査したときに得られる画像データの輝度値ヒストグラムである。
【符号の説明】
１０パーソナルコンピュータ
１１モニタ
１２本体
１３キーボード
１４処理装置
１５主記憶装置
１６ハードディスク装置
１７フレキシブルディスク装置
２０フラットベッド型スキャナ
２１原稿カバー
２２原稿台ガラス
２３本体
２４原稿

Claims

デジタル画像の輝度値の度数分布を求める段階と、
輝度値が０以上かつ第一固定しきい値以下の第一区間の累積度数をＸとし、輝度値が第二固定しきい値以上かつ第一固定しきい値以下の第二区間の累積度数をＹとするとき、Ｙ／Ｘが第三固定しきい値より大きいか否かを判別する段階と、Ｙ／Ｘが第三固定しきい値より大きい場合に前記第二区間の最頻値から所定値を減じた値を二値化しきい値として選択する段階と、
を含むことを特徴とするデジタル画像の二値化しきい値選択方法。
Ｙ／Ｘが第三固定しきい値以下である場合に前記第一固定しきい値を二値化しきい値として選択する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のデジタル画像の二値化しきい値選択方法。
２５６階調のデジタル画像に対し前記第二固定しきい値を１６０とすることを特徴とする請求項１または２記載のデジタル画像の二値化しきい値選択方法。
２５６階調のデジタル画像に対し前記所定値を３０とすることを特徴とする請求項１、２または３記載のデジタル画像の二値化しきい値選択方法。
デジタル画像の輝度値の度数分布を求める手順と、
輝度値が０以上かつ第一固定しきい値以下の第一区間の累積度数をＸとし、輝度値が第二固定しきい値以上かつ第一固定しきい値以下の第二区間の累積度数をＹとするとき、Ｙ／Ｘが第三固定しきい値より大きいか否かを判別する手順と、
Ｙ／Ｘが第三固定しきい値より大きい場合に前記第二区間の最頻値から所定値を減じた値を二値化しきい値として選択する手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする二値化しきい値選択プログラムを記録した記録媒体。
前記二値化しきい値選択プログラムは、Ｙ／Ｘが第三固定しきい値以下である場合に前記第一固定しきい値を二値化しきい値として選択する手順をコンピュータに実行させることを特徴とする請求項５記載の記録媒体。
前記二値化しきい値選択プログラムは、２５６階調のデジタル画像に対し前記第二固定しきい値を１６０としていることを特徴とする請求項５または６記載の記録媒体。
前記二値化しきい値選択プログラムは、２５６階調のデジタル画像に対し前記所定値を３０としていることを特徴とする請求項５、６または７記載の記録媒体。