JP5307737B2

JP5307737B2 - 画像処理装置および画像処理方法

Info

Publication number: JP5307737B2
Application number: JP2010006088A
Authority: JP
Inventors: 敏明六尾; ピンリリー; モンヨウユエン; イエンヤオジー
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: JP2011145890A

Description

本発明は画像処理装置および画像処理方法に係り、特にスクリーニング画像を処理する技術に関する。

原稿画像を二値化して印刷するプリンタなどの装置は、印刷する前に、原稿画像にスクリーニング処理を施す必要がある。スクリーニング処理された後のスクリーニング画像は、連続階調画像からなる原稿画像と比較すると、離散的なので、直接にスクリーニング画像を処理するのはかなり難しい。従って、従来は、スクリーニング画像を処理する前に、まずスクリーニング画像のエッジ位置を確認してから処理していた。

すなわち、従来は、Ｓｏｂｅｌ又はＧａｕｓｓｉａｎテンプレート（フィルタ）を直接に使い、画素点と上下左右にある隣接点に対してフィルタによる畳み込みを行った後、閾値処理を行い、スクリーニング画像のエッジ位置を検出していた。
例えば特許文献１には、ブロックに基づいた画像エッジ検出方法が提供されている。

特表２００８−５０３８２８号公報

上記のようなエッジ処理においては、精度を高めるためには、フィルタによる演算回数を増やす必要がある。しかし、演算回数が増えれば、回路規模が増大するので、コストが増大するという問題点がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、コストを増大させることなく高精度な処理を行うことができる画像処理装置および画像処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る画像処理装置は、所定の平面上の原画像データに対して、第１の方向に沿ったエッジを検出する第１のエッジ検出フィルタおよび前記第１の方向と垂直な第２の方向に沿ったエッジを検出する第２のエッジ検出フィルタをそれぞれ適用させる演算を行うことにより、前記原画像データにおけるエッジ方向を検出するエッジ方向検出手段と、前記所定の平面上のN（Nは８以上の整数）の方向に関して前記原画像データにおけるエッジ強度をそれぞれ算出するNのＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタから
、前記エッジ方向検出手段により検出された前記エッジ方向に基づき一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを選択するエッジ強度算出フィルタ選択手段と、前記エッジ強度算出フィルタ選択手段により選択された前記一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを前記原画像データへ適用させる演算を、前記エッジ方向検出手段における演算より高い精度で行うことによりエッジ強度を算出するエッジ強度算出手段とを備え、前記Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタは、標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を第３の方向に沿って平行移動させた第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線を、前記標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を前記第３の方向に沿って前記第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線とは反対向きに且つ同じ距離を平行移動させた第２のＧａｕｓｓｉａｎ曲線から、前記第３の方向と垂直な前記第４の方向に差し引いて得られる曲線で表される。
本発明に係る画像処理方法は、所定の平面上の原画像データに対して、第１の方向に沿ったエッジを検出する第１のエッジ検出フィルタおよび前記第１の方向と垂直な第２の方向に沿ったエッジを検出する第２のエッジ検出フィルタをそれぞれ適用させる演算を行うことにより、前記原画像データにおけるエッジ方向を検出するエッジ方向検出ステップと、前記所定の平面上のN（Nは８以上の整数）の方向に関して前記原画像データにおけるエッジ強度をそれぞれ算出するNのＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタ
から、前記エッジ方向検出ステップにより検出された前記エッジ方向に基づき一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを選択するエッジ強度算出フィルタ選択ステップと、前記エッジ強度算出フィルタ選択ステップにより選択された前記一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを前記原画像データへ適用させる演算を、前記エッジ方向検出ステップにおける演算より高い精度で行うことによりエッジ強度を算出するエッジ強度算出ステップとを備え、前記Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタは、標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を第３の方向に沿って平行移動させた第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線を、前記標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を前記第３の方向に沿って前記第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線とは反対向きに且つ同じ距離を平行移動させた第２のＧａｕｓｓｉａｎ曲線から、前記第３の方向と垂直な前記第４の方向に差し引いて得られる曲線で表される。

本発明に係る画像処理装置は、エッジ方向検出手段により検出されたエッジ方向に基づきエッジ強度算出フィルタ選択手段により選択された一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを、エッジ強度算出手段により原画像データへ適用させることで、エッジ強度を算出する。Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタは、標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を第３の方向に沿って平行移動させた第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線を、前記標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を前記第３の方向に沿って前記第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線とは反対向きに且つ同じ距離を平行移動させた第２のＧａｕｓｓｉａｎ曲線から、前記第３の方向と垂直な前記第４の方向に差し引いて得られる曲線で表される。選択された一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを用いてフィルタ演算を行うことにより、複数のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを用いてフィルタ演算を行う場合に比べて演算回数を減らすことができるので回路規模の増大を抑制することができる。従って、コストを増大させることなく高精度な処理を行うことができる。

図１は、本発明に係る画像処理装置１の基本的な構成を示すブロック図である。図２は、本発明に係る画像処理装置１により検出されるエッジ方向を示す図である。図３は、本発明に係る画像処理装置１により標準ＧａｕｓｓｉａｎフィルタからＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを生成する手順を示す模式図である。図４は、本発明に係る画像処理装置１により標準ＧａｕｓｓｉａｎフィルタからＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを生成する手順を示す模式図である。

図１は、本発明に係る画像処理装置１００の基本的な構成を示すブロック図である。画像処理装置１００は、エッジ処理における精度を高めるために、Ｓｏｂｅｌ型フィルタとＧａｕｓｓｉａｎ型フィルタとを組み合わせて構成される、比較的係数マトリクスのサイズが大きいＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型フィルタを用いるものである。

図１に示されるように、画像処理装置１００は、エッジ方向検出手段１１０とエッジ強度算出フィルタ選択手段１２０とエッジ強度算出手段１３０とを少なくとも備えて構成される。

まず、エッジ方向検出手段１１０は、所定の平面上（例えばＸＹ平面とする）の原稿画像データに対して、第１の方向（例えばＸ方向とする）に沿ったエッジを検出する第１のエッジ検出フィルタを適用させることによりＸ方向のエッジ成分E_Ｘを算出するとともに、第１の方向と垂直な第２の方向（例えばＹ方向とする）に沿ったエッジを検出する第２のエッジ検出フィルタを適用させることによりＹ方向のエッジ成分E_Ｙを算出する。そして、エッジ方向検出手段１１０は、ｔａｎ^−１（E_Ｙ／E_Ｘ）を算出することにより、エッジ方向を検出する。

次に、エッジ強度算出フィルタ選択手段１２０は、ＸＹ平面上のN（Nは８以上の整数）方向に関して原稿画像データにおけるエッジ強度をそれぞれ算出するNのＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタから、エッジ方向検出手段１１０により検出されたエッジ方向に基づき一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを選択する。例えば、図２には、Ｎ＝１６の場合の方向０〜１５が示されている。方向０〜１５は、互いに、同じ角度（３６０°／１６＝２２．５°）をなしている。ここで、例えば、算出されたエッジ成分E_Ｘ＝エッジ成分E_Ｙであったとすると、ｔａｎ^−１（E_Ｙ／E_Ｘ）＝４５°であるので、方向２がエッジ方向として検出される。そして、エッジ強度算出フィルタ選択手段１２０は、方向０〜１５に関して原稿画像データにおけるエッジ強度をそれぞれ算出する１６のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタから、方向２に対応する一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを選択する。

次に、エッジ強度算出手段１３０は、エッジ強度算出フィルタ選択手段１２０により選択された方向２に対応する一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを原稿画像データへ適用させることによりエッジ強度を算出する。

従来の画像処理装置においては、このような場合、エッジ強度算出手段は、方向０〜１５それぞれに対応する１６のエッジ強度算出フィルタ全てを原稿画像データへ適用させることによりエッジ強度を算出していた。しかし、全てのエッジ強度算出フィルタを用いてフィルタ演算を行った場合には、演算回数が増えることから、回路規模が増大し、コストが増大するという問題があった。
本発明に係る画像処理装置１００は、方向０〜１５それぞれに対応する１６のエッジ強度算出フィルタ全てではなく、エッジ方向検出手段１１０により検出されたエッジ方向に対応する一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタのみを、原稿画像データへ適用させる。従って、Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタによる演算回数を減らすことができる。よって、コストを増大させることなく高精度な処理を行うことができる。

なお、エッジ強度算出フィルタ選択手段１２０は、一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを選択するときに、現画素の属性情報（現画素が、細線すなわち単一画素により結ばれた線上に位置しているか、あるいは特殊点すなわちエッジの近傍に位置している点であるか、等を示す情報）を参照する。そして、例えば、現画素が特殊点である場合には、エッジ強度算出フィルタ選択手段１２０は、エッジ方向検出手段１１０により検出されたエッジ方向に応じて、方向０，４，８，１２のいずれかのみを選択する。
このようにフィルタを切り換えるのは、細線やエッジ近傍において、ガウシアン成分によるエッジ直交方向の鈍りを防ぎ、正確にエッジ位置で出力が最大になるようにするためである。また、フィルタを方向０，４，８，１２のいずれかのみへ切り換えるのは、文字や罫線は、縦線・横線がほとんどであり、斜め線に関してはエッジがずれても目立ちにくいからである。

図３は、標準ＧａｕｓｓｉａｎフィルタからＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを生成する手順を示す模式図である。

まず、図３（ａ）に示される標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線をＸ方向へ（−１）単位距離平行移動させることにより図３（ｂ）に示される第一Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Ａを得るとともに、図３（ａ）に示される標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線をＸ方向へ（＋１）単位距離平行移動させることにより図３（ｂ）に示される第二Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Bを得る。
次に、図３（ｃ）に示されるように、第一Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Ａから第二Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線BをY方向において差し引くことにより、Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Cを得る。
次に、得られたＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Cを用いて、Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを生成させる。すなわち、エッジ強度算出フィルタは、行列として表現されるが、この行列を構成する値を、Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Cに従って分布するように決定することにより、Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを生成することができる。但し、エッジ方向が０°（方向０）、９０°（方向４）、１８０°（方向８）、２７０°（方向１２）の場合には、図３（ｃ）のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Cに代えて、図４のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Ｄを用いる。図４に示されるように、Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Ｄは、Ｘ＞０の領域においてはＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線Cで表され、Ｘ＜０の領域においては標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線で表される。

上述のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタの生成は、方向０〜１５に対応する１６のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタについて別々に行ってもよく、あるいは、以下で説明するように、一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタから他のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを生成してもよい。

例えば、図２に示されるように、方向４〜７は方向０〜３を９０°回転させた方向であるので、ｘ＝Ｙ、ｙ＝−Ｘで座標変換に係る演算を行うことにより、方向０〜３それぞれに対応するエッジ強度算出フィルタから方向４〜７それぞれに対応するエッジ強度算出フィルタを得ることができる。

同様に、方向８〜１１は方向０〜３を１８０°回転させた方向であるので、ｘ＝−Ｘ、ｙ＝−Ｙで座標変換に係る演算を行うことにより、方向０〜３それぞれに対応するエッジ強度算出フィルタから方向８〜１１それぞれに対応するエッジ強度算出フィルタを得ることができる。
同様に、方向１２〜１５は方向０〜３を２７０°回転させた方向であるので、ｘ＝−Ｙ、ｙ＝Ｘで座標変換に係る演算を行うことにより、方向０〜３それぞれに対応するエッジ強度算出フィルタから方向１２〜１５それぞれに対応するエッジ強度算出フィルタを得ることができる。
このように、本発明に係る画像処理装置１００は、エッジ方向検出手段１１０により検出されたエッジ方向に基づきエッジ強度算出フィルタ選択手段１２０により選択された一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを、エッジ強度算出手段１３０により原稿画像データへ適用させることで、エッジ強度を算出する。選択された一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを用いてフィルタ演算を行うことにより、複数のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを用いてフィルタ演算を行う場合に比べて演算回数を減らすことができるので回路規模の増大を抑制することができる。従って、コストを増大させることなく高精度な処理を行うことができる。

０〜１５方向
１００画像処理装置
１１０エッジ方向検出手段
１２０エッジ強度算出フィルタ選択手段
１３０エッジ強度算出手段

Claims

所定の平面上の原画像データに対して、第１の方向に沿ったエッジを検出する第１のエッジ検出フィルタおよび前記第１の方向と垂直な第２の方向に沿ったエッジを検出する第２のエッジ検出フィルタをそれぞれ適用させる演算を行うことにより、前記原画像データにおけるエッジ方向を検出するエッジ方向検出手段と、
前記所定の平面上のN（Nは８以上の整数）の方向に関して前記原画像データにおけるエッジ強度をそれぞれ算出するNのＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィル
タから、前記エッジ方向検出手段により検出された前記エッジ方向に基づき一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを選択するエッジ強度算出フィルタ選択手段と、
前記エッジ強度算出フィルタ選択手段により選択された前記一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを前記原画像データへ適用させる演算を、前記エッジ方向検出手段における演算より高い精度で行うことによりエッジ強度を算出するエッジ強度算出手段と
を備え、
前記Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタは、標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を第３の方向に沿って平行移動させた第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線を、前記標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を前記第３の方向に沿って前記第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線とは反対向きに且つ同じ距離を平行移動させた第２のＧａｕｓｓｉａｎ曲線から、前記第３の方向と垂直な前記第４の方向に差し引いて得られる曲線で表される
画像処理装置。
請求項１に記載の画像処理装置であって、
前記NのＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタは、基準となるＳｏ
ｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型に対して回転の座標変換に基づく演算を施すことにより得られる画像処理装置。
所定の平面上の原画像データに対して、第１の方向に沿ったエッジを検出する第１のエッジ検出フィルタおよび前記第１の方向と垂直な第２の方向に沿ったエッジを検出する第２のエッジ検出フィルタをそれぞれ適用させる演算を行うことにより、前記原画像データにおけるエッジ方向を検出するエッジ方向検出ステップと、
前記所定の平面上のN（Nは８以上の整数）の方向に関して前記原画像データにおけるエッジ強度をそれぞれ算出するNのＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィル
タから、前記エッジ方向検出ステップにより検出された前記エッジ方向に基づき一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを選択するエッジ強度算出フィルタ選択ステップと、
前記エッジ強度算出フィルタ選択ステップにより選択された前記一のＳｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタを前記原画像データへ適用させる演算を、前記エッジ方向検出ステップにおける演算より高い精度で行うことによりエッジ強度を算出するエッジ強度算出ステップと
を備え、
前記Ｓｏｂｅｌ−Ｇａｕｓｓｉａｎ型エッジ強度算出フィルタは、標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を第３の方向に沿って平行移動させた第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線を、前記標準Ｇａｕｓｓｉａｎ曲線を前記第３の方向に沿って前記第１のＧａｕｓｓｉａｎ曲線とは反対向きに且つ同じ距離を平行移動させた第２のＧａｕｓｓｉａｎ曲線から、前記第３の方向と垂直な前記第４の方向に差し引いて得られる曲線で表される
画像処理方法。