JP4499095B2 - 画像のピクセルを選択的に平滑化してブリードスルーを低減する方法 - Google Patents

Description

［背景］
ブリードスルー（bleed-through：にじみ出し）は、両面文書の走査画像に固有の一種のノイズまたは歪みである。両面印刷の文書の片面が走査されるとき、文書の反対の面にある特徴または記録まで取り込まれてしまうことがある。取り込まれた特徴は、走査デジタル画像にアーチファクトとして現れ、反対の面からのテキスト文字および他の暗い特徴の偽像あるいは影として出現する。ブリードスルーは、走査される画像または文書の下にある文書によっても発生する場合もある。こういった下にある文書からの暗い特徴が走査中ににじみ出る場合がある。

ブリードスルーはデジタル画像の見た目の品質を低下させ得る。ブリードスルーはまた、デジタル画像の圧縮率を低下させ得る。圧縮率が低下すると、デジタル画像を記憶し伝送するコストが増大する。

［概要］
本発明の一態様によれば、デジタル画像のピクセル群を処理してブリードスルーを低減する。この処理は、群の各ピクセル毎に上限を生成するステップと、群の各ピクセルの上限と元のピクセル強度との重み付き平均をとるステップとを含む。

本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例示する添付の図面と併せて解釈される、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。

［詳細な説明］
走査グレースケール画像を処理する方法を示す図１を参照する。この方法は、グレースケール画像に対して選択的な平滑化を行うことを含む。選択的な平滑化はピクセル単位で行われる。対象ピクセル毎に、局所ピクセル近傍に対して平滑化されたピクセル強度が生成され（１１０）、平滑化されたピクセル強度を使用して元のピクセルを選択的に変更する（１２０）。この変更された強度を出力画像に使用する。選択的な平滑化は、画質のブリードスルー以外の側面（たとえば、局所背景に対する前景特徴の鮮鋭さおよびコントラスト）を保持しながら、出力画像のブリードスルーを大幅に低減する。選択的な平滑化はまた、背景および前景内部の区画のノイズも低減する。

図１ａは、平滑化されたピクセル強度を生成する例示的な方法を示す。対象ピクセルの上限および下限を生成し（１１２）、上限と下限の重み付き平均をとる（１１４）。上限は、対象ピクセルと同じか、それよりも高い強度を有することが保証されるとともに、所定の近傍の最大強度を超えないことが保証される。所定の近傍は局所であることができる。下限は、対象ピクセルと同じか、それよりも低い強度を有することが保証されるとともに、所定の近傍の最小強度を下回らないことが保証される。上限および下限は、局所近傍の最大強度値および最小強度値をとることによって見つけることができる。しかし、上限および下限はこれに限定されない。一例として、上限は、元のピクセル強度（Ｉ）を所定強度（Ｔ）分を超えて逸脱することが許されない。極大値（Ｍ）を求め、強度（Ｉ＋Ｔ）を使用して極大値（Ｍ）を制限する。したがって、上限（Ｕ）は、Ｍ＜Ｉ＋Ｔの場合にＵ＝Ｍであり、その他の場合にＵ＝Ｉ＋Ｔである。同様に、極小値（ｍ）を求め、強度（Ｉ−Ｔ）を使用して極小値（ｍ）を制限する。したがって、下限（Ｌ）はｍ＞Ｉ−Ｔの場合にＬ＝ｍであり、その他の場合にＬ＝Ｉ−Ｔとすることができる。

重み付き平均（Ｇ）は、
Ｇ＝αＵ＋（１−α）Ｌ＝Ｌ＋α（Ｕ−Ｌ）；（０≦α≦１）
として算出することができる。ただし、αは局所明化重み（local lightening weight）である。局所明化重み（α）は、対象ピクセルでのブリードスルーの潜在的な可視度によって求められる。局所明化重み（α）はＩ_Lの非減少関数であり、Ｉ_Lは局所近傍から導出される局所強度値である。局所強度Ｉ_Lは、たとえば、Ｉ_L＝（Ｕ＋Ｌ）／２、またはＩ_L＝（Ｕ＋２Ｉ＋Ｌ）／４、またはＩ_L＝Ｉであることができる。局所明化重み（α）は０〜１の範囲全体に広がる。暗ピクセル（Ｉ→黒）または暗い近傍にあるピクセルの場合、α→０である。明ピクセル（Ｉ→白）または明るい近傍にあるピクセルの場合、α→１である。

局所明化重み（α）の例示的なプロファイルを図２に示す。重みα＝０は、Ｉ_L＜Ｔ₀の場合に発生し（ただし、Ｔ₀は暗い特徴のしきい値を表す）、Ｉ_L＞Ｔ₁の場合にα＝１が発生する（ただし、Ｔ₁は明るい背景のしきい値に対応する）。局所明化重み（α）はＴ₀〜Ｔ₁までのＩ_Lの値に対して減少しない。

別の例として、局所明化重み（α）を硬判定による選択（hard selection）から求めることができる。Ｉ_L＝０とあるしきい値との間では局所明化重みα＝０であり、そのしきい値を超える場合にα＝１である。

ブリードスルーが可視である可能性が高い場合に高い重みが上限に割り当てられ、ブリードスルーが可視である可能性が低い場合に低い重みが上下限に割り当てられる。ブリードスルーは、暗い背景よりも明るい背景にある場合にその影響がより強いため、より目に付きやすく（かつより邪魔になり）、圧縮率により大きく影響する。ブリードスルーは暗めの階調でも発生し得るが、通常、知覚されないか、または殆ど知覚されない。

ブリードスルーは常に、ピクセルの局所ルミナンスを（ランダムノイズと異なり）本来その局所ルミナンスが持つべき値よりも低くするという測光特性を有する。ブリードスルーは、局所近傍に対するルミナンスの窪みとして（すなわち、わずかに暗く）現れる。幾何学的な点で言えば、ブリードスルーは通常、幅の狭いテキスト文字の画または黒いグラフィックラインに対応する。したがって、上限に高い重みを割り当てることにより、明るい近傍におけるブリードスルーを局所近傍と同様のレベルまで明化し、それによって出力画像でのブリードスルーの可視性を大幅に低減させる。

下限に高い値を割り当てることは異なる影響を有する。これは、暗い前景におけるノイズ（ブリードスルー以外）を平滑化させるとともに、暗い前景をわずかに暗化させ、それによって真正のテキストおよびラインアートを強調する。

局所明化重みのプロファイルは、上限および下限に関して対称である必要はない。プロファイルは上限に向けてバイアスすることができる。係るバイアスにより明るめの背景が優先される。たとえば、Ｉ_L＜Ｔ０の場合にα＝０であり、その後、短い範囲にわたって局所明化重みはα＝１に急激に上昇する。

平滑化はエッジをぼやけさせる傾向がある。このため、各ピクセル毎に、平滑化されたピクセル強度を選択的に使用して元のピクセル強度を変更する。たとえば、平滑化されたピクセル強度は、保持すべき特定の特徴（エッジ）の一部であるピクセルの元の強度の変更に使用されない。しかし、エッジから離れたピクセルの強度は平滑化された強度で変更（たとえば置換）して、ブリードスルーを低減するとともに、背景区画および前景内部の区画を平滑化する。

走査画像のエッジおよび他の細部は、各対象ピクセルの局所コントラストを調べることによって保持することができる。ブリードスルーは、実際に走査されたページ上の真正のテキストまたは暗い特徴よりもはるかに低いコントラストを有する傾向がある。たとえば、典型的なテキストには、背景に対してその最大ページコントラストの半分以上のコントラスト（８ビット表現で〜１５０グレーレベル）があり得るが、ブリードスルーには通常、最大ページコントラストのわずかに数パーセントのコントラスト（８ビット表現で５〜２０グレーレベル）しかない。したがって、ブリードスルーは、物理モデルにある特別な属性を有する、元の視覚的意図の特別な種類のノイズまたは歪みとみなすことができる。

走査画像のエッジおよび他の細部は、以下の重み付き平均をとることによって保持することができる。
Ｒ＝βＧ＋（１−β）Ｉ＝Ｉ＋β（Ｇ−Ｉ）；（０≦β≦１）
式中、Ｒは出力画像のピクセル強度であり、βは平滑化重みである。平滑化重み（β）は、対象ピクセルの局所近傍に対するコントラスト（Ｄ）の関数である。局所コントラスト（Ｄ）はＤ＝Ｕ−Ｌとして算出することができる。平滑化重みは、０≦Ｄ＜Ｔ_bの場合にβ＝１であり、ここでＴ_bはしきい値である。しきい値Ｔ_bは、対象ピクセルが、これを上回ればおそらくブリードスルーの一部ではないというコントラストである。平滑化重みはＤ＞Ｔ_eの場合にβ＝０であり、ここでＴ_eは、ピクセルがおそらくエッジであるというコントラストであり、Ｔ_e＞Ｔ_bである。したがって、β＝０（平滑化なし）では、元のピクセル強度を出力画像に使用させ（すなわち、Ｒ＝Ｉ）、それによりエッジを出力画像に残すことに役立つ。これとは対照的に、β＝１（完全な平滑化）では、平滑化されたピクセル強度を出力画像において使用させる（すなわち、Ｒ＝Ｇ）。平滑化重みは、Ｔ_b〜Ｔ_eの間はＤの非増大関数である。Ｔ_b≦Ｄ≦Ｔ_eであるＤの値では、ピクセルがエッジの一部であるか、それともブリードスルーの一部であるかが不確かである。したがって、これら２つのしきい値Ｔ_eおよびＴ_bの間の遷移を平滑にして、硬判定による分類のアーチファクトを回避すべきである。

以下の局所コントラスト（Ｄ）の区画的線形関数を平滑化重み（β）に使用することができる。
β（Ｄ）＝ｍｉｎ｛１，ｍａｘ［０，（Ｄ−Ｔ_b）／（Ｔ_e−Ｔ_b）］｝
この関数を図３に示す。

ブリードスルーと真正の特徴の相対的なコントラストを知ることで、しきい値Ｔ_eおよびＴ_bの正確性、ひいては出力画像の品質を増大させることができる。たとえば、これらしきい値は、同じ設定（たとえば、同じスキャナ解像度、同じ前処理）での走査画像の局所コントラストの統計を基にすることができる。

上記例では、平滑化されたピクセル強度（Ｇ）は、上限と下限の第１の重み付き平均として算出され、出力ピクセル強度（Ｒ）は平滑化されたピクセル強度と元のピクセル強度との第２の重み付き平均として算出される。これに代えて、出力ピクセル（Ｒ）は、上限、（オプションとして）下限、および元のピクセル強度の重み付き平均として単一ステップで算出することができる。

図１に示すように、処理方法は、上限および下限を生成する前にデジタル画像のノイズを低減すること（１０５）をさらに含むことができる。ノイズを低減することで、上限および下限の正確性が高まる。たとえば、特に強い場合があるハーフトーン化ノイズを除去することが望ましい。ハーフトーン化ノイズは、譲受人の米国特許出願第 号（代理人整理番号２００３０９９３３−１）に記載の逆ハーフトーン化処理を利用して低減することができる。

方法についてグレースケール画像と併せて上述したが、方法はグレースケール画像に限定されない。この方法はカラーデジタル画像に適用することも可能である。通常、選択的平滑化をカラー画像のルミナンスチャネルのみに行うだけで十分である。これは、ブリードスルーは通常、黒または暗い特徴を含み、こういった暗い特徴はクロミナンスに対してごくわずかな影響しか有さないためである。

例示的な局所近傍を図４に示す。例示的な局所近傍は、破線で示す枠で区切られている。好ましくは、近傍は対象ピクセルを中心として対称であるべきである（図４中の対象ピクセルを「Ｘ」で示す）。７×７ピクセルアレイを示すが、局所近傍は任意の特定のサイズまたは形状に限定されない。

これまで、走査画像の品質のブリードスルー以外の側面を保持しながらブリードスルーを低減する方法を開示してきた。ブリードスルーは、局所背景の階調を基本的に変更することなく低減される。したがって、階調忠実度は損なわれず、ブリードスルーを、非白背景でも白背景と同様に効率的に低減する。さらなる利点として、低コントラスト領域（背景および前景内部の区画）がブリードスルーを含まない場合であっても、低コントラスト領域でのノイズが平滑化される。ブリードスルーは通常、圧縮に相当量のビットを必要とする空間情報を多く含むため、ブリードスルーを低減することによって画像の圧縮率も向上する。背景および前景内部の区画のノイズを平滑化することにより、さらに、画像の圧縮性が向上する。

この方法は任意の特定の用途に限定されない。ブリードスルーの選択的な低減は、圧縮ならびに文字認識（ＯＣＲ）およびページ区切り等の用途の前処理として有用である。

本発明による方法は、上限および下限の使用に限定されない。本発明は、ピクセルの下限を求めることなく実施することも可能である。たとえば、対象ピクセルを上限のみに関して平滑化してもよく、これによってブリードスルーは低減するが、暗い前景特徴の平滑化および暗化は行われない。処理は、整数演算および予め算出されるルックアップテーブル項のみを使用して行うことができる。したがって、処理は非常に効率的にリアルタイムで行うことができる。

処理は任意の特定の種類の画像に限定されず、テキストおよび他のコンピュータ生成特徴のみを含む画像、自然の特徴のみを含む画像、および自然の特徴およびコンピュータ生成特徴を含む複合文書に適用することが可能である。

本発明は上で説明し図示した特定の実施形態に限定されない。その代わりに、本発明は添付の特許請求の範囲に従って解釈される。

本発明の一実施形態によるデジタル画像処理方法の図である。（ａ）平滑化されたピクセル強度を生成する例示的な方法の図である。 図１の方法の例示的な重みプロファイルの図である。 図１の方法の例示的な重みプロファイルの図である。 図１の方法の例示的なピクセル近傍の図である。 図１の方法を行う機械を備えたデジタル撮像システムの図である。

符号の説明

５１２ 取り込み装置
５１４ プロセッサ
５１６ メモリ

Claims (7)

1. あるピクセル群の各ピクセルの上限Ｕを生成するステップであって、Ｍ＜Ｉ＋Ｔ_Ｕの場合、前記上限ＵがＭであり、その他の場合、前記上限ＵがＩ＋Ｔ_Ｕである、ここで、Ｍは対象ピクセルの局所近傍の極大値、Ｉは元のピクセル強度、Ｔ_Ｕは所定強度差である、ステップと、
   前記ピクセル群の各ピクセルの下限Ｌを生成するステップであって、ｍ＞Ｉ−Ｔ_Ｌの場合、前記下限Ｌがｍであり、その他の場合、前記下限ＬがＩ−Ｔ_Ｌである、ここで、ｍは対象ピクセルの局所近傍の極小値であり、Ｔ_Ｌは所定強度差である、ステップと、
   前記ピクセル群の各ピクセルの前記上限と、前記下限と、元のピクセル強度との重み付き平均をとるステップであって、当該重み付き平均をとるステップが、
   平滑化されたピクセル強度をもたらすために、前記上限と前記下限の第１の重み付き平均をとる第１のステップであって、前記第１の重み付き平均が、Ｇ＝αＵ＋（１−α）Ｌ（ただし０≦α≦１）として生成され、Ｇは前記平滑化されたピクセル強度であり、αは局所強度の関数である局所明化重みである、第１のステップと、
   前記平滑化されたピクセル強度と前記元のピクセル強度との、出力ピクセルをもたらす第２の重み付き平均をとる第２のステップであって、前記第２の重み付き平均が、Ｒ＝βＧ＋（１−β）Ｉ（ただし０≦β≦１）として生成され、Ｒは出力ピクセルであり、Ｇは前記平滑化されたピクセル強度であり、βは、前記上限Ｕ及び前記下限Ｌとの差の関数である平滑化重みである、第２のステップと
   を有する、ステップと
   を含む、ピクセル群を含む走査画像のブリードスルーを低減する方法。
2. Ｔ_Ｌ＝０である場合、前記下限Ｌは元のピクセル強度Ｉとし、前記下限Ｌの計算がなされない請求項１に記載のブリードスルーを低減する方法。
3. あるピクセル群の各ピクセルの上限Ｕを生成するステップであって、Ｍ＜Ｉ＋Ｔ_Ｕの場合、前記上限ＵがＭであり、その他の場合、前記上限ＵがＩ＋Ｔ_Ｕである、ここで、Ｍは対象ピクセルの局所近傍の極大値、Ｉは元のピクセル強度、Ｔ_Ｕは所定強度差である、ステップと、
   平滑化されたピクセル強度をもたらすために、前記ピクセル群の各ピクセルの前記上限と、元のピクセル強度との重み付き平均をとるステップであって、前記重み付き平均が、Ｇ＝αＵ＋（１−α）Ｌ（ただし０≦α≦１）として生成され、Ｇは前記平滑化されたピクセル強度であり、αは局所強度の関数である局所明化重みである、ステップと、
   前記平滑化されたピクセル強度と前記元のピクセル強度との、出力ピクセルをもたらす第２の重み付き平均をとる第２のステップであって、前記第２の重み付き平均が、Ｒ＝βＧ＋（１−β）Ｉ（ただし０≦β≦１）として生成され、Ｒは出力ピクセルであり、Ｇは前記平滑化されたピクセル強度であり、βは、前記局所強度と前記上限Ｕとの関数である平滑化重みである、第２のステップと
   を含む、ピクセル群を含む走査画像のブリードスルーを低減する方法。
4. 前記ピクセル群の各ピクセルの下限Ｌを生成するステップであって、ｍ＞Ｉ−Ｔ_Ｌの場合、前記下限Ｌがｍであり、その他の場合、前記下限ＬがＩ−Ｔ_Ｌである、ここで、Ｉは元のピクセル強度、ｍは対象ピクセルの局所近傍の極小値、Ｔ_Ｌは所定強度差であり、平滑化されたピクセル強度Ｇは、Ｇ＝αＵ＋（１−α）Ｌ（ただし０≦α≦１）として生成され、出力ピクセルＲは、前記上限Ｕ及び前記下限Ｌの関数である平滑化重みβを用いて計算される請求項３に記載のブリードスルーを低減する方法。
5. 各ピクセルの前記上限および前記下限が局所ピクセル近傍に基づく請求項１又は３に記載のブリードスルーを低減する方法。
6. 走査画像内のエッジおよび他の細部が、前記出力ピクセルの強度を前記平滑化された強度に向けて押し進めないことによって保持される請求項１又は３に記載のブリードスルーを低減する方法。
7. 前記デジタル画像がカラー画像であり、該カラー画像のルミナンスチャネルのみが、前記平滑化されたピクセル強度を生成するとともに、前記元のピクセル強度を選択的に使用することによって処理される請求項１記載のブリードスルーを低減する方法。

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