JP5869550B2 - 二値画像のトポロジー保存ダウンサンプリング - Google Patents
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Description
本発明は、二値画像のダウンサンプリングに関し、特に、二値画像のトポロジー保存ダウンサンプリングに関する。
デジタル画像ダウンサンプリングは、今日のコンピュータグラフィック及び画像処理アプリケーションにおいて広く用いられている。ダウンサンプリングプロセスにおける画質低下を低減するため、種々の方法が導入されている。
例えば、米国特許６，５６３，９６４は、コンピュータグラフィクス画像アプリケーションのための冗長画素除去法を用いた画像ダウンサンプリング方法を開示しており、この方法では、画像の分類を作成するために画素群を比較する空間周波数推定器と、画像を通る潜在的削除パスをたどってスコア化し、該画像において最高スコアのパス（すなわち、歪み及びエイリアシングを最小限にするもの）を画素除去のために選択するパスジェネレーター及びパススコアラーと、所望の数の画像列及び又は行が除去されるまで本プロセスを繰り返す再帰子と、を用いて、削除パスを低空間周波数画像領域に集中させることにより、高空間周波数の画像情報のエイリアシングを最小限に抑える形でデジタル画像が不均一にダウンサンプルされる。
他の例は、Ｅ．ディセンシア（Ｄｅｃｅｎｃｉｅｒｅ）及びＭ．ビロドウ（Ｂｉｌｏｄｅａｕ）によって発見された、Ｃ．ロンセ（Ｒｏｎｓｅ），Ｌ．ナイマン（Ｎａｊｍａｎ）及びＥ．ディセンシア（Ｄｅｃｅｎｃｉｅｒｅ）編集の「Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ：４０ Ｙｅａｒｓ Ｏｎ（ＩＳＭＭ２００５の議事録）」（パリ、フランス、２００５年４月、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）の２７９〜２８８頁における「Ｄｏｗｎｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｆ Ｂｉｎａｒｙ Ｉｍａｇｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｎｕｍｂｅｒｓ」であり、二値画像をダウンサンプリングするために適合交点数を用いる技術を記載している。
上述の先行技術は、二値画像のトポロジーの保存にある程度の効果を奏するようだが、現実的には手間がかかり、多くの時間を要する。しかしながら、二値画像のトポロジーを保存する、簡易かつ迅速な二値画像のダウンサンプリング方法をもつことが、いまだ望ましい。
本発明は、二値画像のトポロジー保存ダウンサンプリング方法を対象とする。
本発明の目的は、二値画像のトポロジーを保存する、簡易かつ迅速な二値画像のダウンサンプリング方法を提供することにある。
本発明の追加的な特徴及び利点は以下の記載において述べられ、その一部は当該記載から明らかであるか、本発明の実施により知るところとなる。本発明の目的及び他の利点は、明細書の記載、特許請求の範囲、及び添付図面で詳しく示された構造により実現され、取得される。
これらの及び／又は他の目的を達成するために、具現化され広く記載されているように、本発明は、背景及び一又は複数の前景部分を有する二値画像からグレースケール画像を生成する工程と、前記一又は複数の前景部分においてスケルトン画素の位置を特定する工程と、前記グレースケール画像における特定の前景画素の値を、前記スケルトン画素及び背景画素の値の差異がより顕著になるように操作する工程と、前記特定の前景画素の操作された値により前記グレースケール画像をダウンサンプルする工程と、前記ダウンサンプルされたグレースケール画像からダウンサンプル二値画像を生成する工程と、を有することを特徴とする二値画像ダウンサンプリング方法を提供する。
他の側面では、本発明は、データ処理装置を制御するため、データ処理装置に上記方法のプロセスを実行させるように構成されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを内蔵する非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体を提供する。
更なる側面では、本発明は、データ処理装置に上記方法のプロセスを実行させるように構成されたシステムを提供する。
上述した概要及び以下の詳細な説明は共に、例示的かつ説明的なものであって、特許請求の範囲に記載された本発明について更なる説明を提供することを意図するものである。
本発明の実施形態は、二値画像のトポロジーを保存する、二値画像のダウンサンプリング方法を提供する。
より高解像度であるオリジナル画像のダウンサンプリングは、一般的に、より低解像度である結果画像を生成する。しかしながら、画像の解像度を低減すると、多くの場合、結果画像においてオリジナル画像の詳細な特徴を失う結果となる。
例えば、図２には、文字ごとに５１×５１画素の解像度を有する例示的なオリジナルテキスト画像が示されている。係数２．４による従来のバイリニアダウンサンプリングのプロセス後の、文字ごとに２１×２１画素の解像度を有する結果画像が図３（ａ）に示されており、文字細部の明らかな視覚的損失を示している。同様に、同じ係数２．４による従来のバイキュービックダウンサンプリングのプロセス後の、文字ごとに２１×２１画素の解像度を有する結果画像が図３（ｃ）に示されており、やはり文字細部の明らかな視覚的損失を示している。
図４，図５（ａ）及び図５（ｃ）は、他の例を示している。図４は６０２×５５２画素の解像度を有する例示的なオリジナルグラフィック画像を示す。係数２による従来のバイリニアダウンサンプリングのプロセス後の、３０１×２７２画素の解像度を有する結果画像が図５（ａ）に示されており、やはり図面細部の明らかな視覚的損失を示している。同様に、同じ係数２による従来のバイキュービックダウンサンプリングのプロセス後の、３０１×２７２画素の解像度を有する結果画像が図５（ｃ）に示されており、やはり図面細部の明らかな視覚的損失を示している。
本発明の方法の目的は、オリジナル画像の「スケルトン」を強調することによりオリジナル画像のトポロジーを保存しつつ、より高解像度であるオリジナル画像をダウンサンプリングして、より高解像度であるオリジナル画像からのより低解像度である結果画像において、細部の損失を低減するプロセスを提供することを含む。一般的に、画像は背景部分及び一以上の前景部分を有しうる。画像によっては、背景画素が前景部分（或いはテキスト等の興味対象）の画素より大きい値を有し、他の例では逆のことが言える。例えば、テキスト文書を画像と考えると、該画像は、白い背景部分と、白い背景上で黒いテキスト（「ブラック・オン・ホワイト」）となる一以上の黒い前景部分を有するか、或いは、黒い背景部分と、黒い背景上で白いテキスト（「ホワイト・オン・ブラック」）となる一以上の白い前景部分を有しうる。本願において、スケルトンは二値画像における前景部分の中間軸である。
これらの及び他の目的を達成するため、本発明の実施形態によるダウンサンプリング方法は、バイナリ空間及びグレースケール空間の双方においてオリジナル二値画像を処理する。二値画像は、例えば「オープン」及び「クローズ」等の一般的なモルフォロジカル演算（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｏｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）の使用により、任意にノイズ除去されうる。まず、二値画像からグレースケール画像が作成され、その後、オリジナル画像のスケルトン上の画素は、背景の画素値からより逸脱するように強調或いは強化され、これは他の画素よりスケルトン画素に重点を置くことに相当する。これは、一般的に、画像に応じてスケルトンの画素値を増加又は減少させることにより行われる。例えば、前景が背景より大きい値を有する場合はスケルトン画素値を増加し、前景が背景より小さい値を有する場合は低減してもよい。一般に、スケルトン画素の値が操作されるが、スケルトン画素及び背景画素の値の差異が、残りの前景部分及び背景部分の画素値の差異と比較してより顕著である限り、他の前景部分の画素値も操作の対象となりうる。次に、従来の二次元補完プロセスがグレースケール画像のダウンサンプリングに用いられる。その後、ダウンサンプルされたグレースケール画像は、従来の閾値処理プロセスによって二値化され、結果二値画像が生成される。種々の修正のため、追加的な後処理を行って、例えば、孤立画素を除去し、或いは小さな不必要な穴を埋めてもよい。
図１を参照すると、本発明の一実施形態による二値画像のトポロジー保存ダウンサンプリング方法を示すフローチャート図が示されている。
本プロセスは、オリジナル二値画像Ｂ0がダウンサンプルされることになっているステップＳ１０から開始される。説明のため、文字又は記号「Ｉ」の例示的なオリジナル二値画像Ｂ0を図６に示す。
図１に戻り、ステップＳ２０において、グレースケール画像Ｇ0が生成され、オリジナル二値画像Ｂ0から初期化されて、以下となる。
次に、ステップＳ３０において、オリジナル画像Ｂ0のスケルトンＢSが抽出され、以下となる。
例えば、図７Ａは、図６に示す文字又は記号「Ｉ」の二値画像Ｂ0の画素値を示しており、図６の白い部分の画素値は「１」であり、図６の黒い部分の画素値は「０」である。上部２つの「１」及び下部２つの「１」を除く中心線の「１」の画素がスケルトン画素（図７Ａにおいて太字の「１」で示される）である。
ステップＳ４０では、グレースケール画像Ｇ0におけるスケルトン画素の値が、１から１０といったように、増加値又は強化値によってＢSに調整される。まず、スケルトン画素（すなわち、すべての０ではない画素）の位置が、モルフォロジカル・オープニング又は正誤変換（ｈｉｔ‐ｏｒ‐ｍｉｓｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等の一般的なスケルトン化方法を用いて特定される。
次に、Ｇ0におけるこれらのスケルトン画素は、グレースケール画像Ｇ1の画素位置がＧ0と同じでありつつ、スケルトン画素がＧ1において増加値を有するように、新たな増加値に設定される。
ただし、ｋ1はダウンサンプリングのトポロジー保存性を制御するパラメータである。
図７Ｂを参照すると、図６に示す例示的な二値画像のスケルトン画素値だけが１から１０に調整されている。
或いは、ステップＳ５０において、Ｇ1における画素の値は、スケルトンに重点を置いたプロファイル、例えば、スケルトンの方向に垂直なガウス又は三角形プロファイルによって調整されうる。本ステップに用いられうるプロファイルの他の例には、例えば、結果画像に若干の特殊効果を生む非対称プロファイルが含まれる。
図７Ｃを参照すると、図６に示す例示的な二値画像の「１」の画素の値がプロファイルに基づいて調整され、スケルトン画素値が１から１０に調整され、スケルトン画素に隣接する画素の値が１から６に調整される等している。これは、ダウンサンプルされた画像におけるスケルトンの端において、より滑らかな変換をもたらす。
次に、ステップＳ６０では、新たなグレースケール画像Ｇ1が、例えば、最近傍、バイリニア、バイキュービック補完等の補完技術によって、ダウンサンプルグレースケール画像Ｇdにダウンサンプルされる。
ステップＳ７０では、ダウンサンプルグレースケール画像Ｇdが、例えば閾値処理技術を用いて、二値画像Ｂ1に二値化される。
ただし、ｋ1は、例えば以下の閾値である。
ステップＳ７０のために、高閾値及び低閾値の適用によるヒステリシス閾値処理等の、他のより高度な閾値処理方法を任意に用いうる。ヒステリシス閾値処理では、高閾値が第１の閾値処理工程に適用され、第１の二値画像が生成される。第１の二値画像を用いて、該第１の二値画像において前景画素に連結する画素は、それらの画素値が高閾値より低い場合であっても、前景画素である可能性が高いと推測されうる。このようにして、第２工程では、これらの画素に低閾値が適用され、第１の二値画像における前景が拡大される。
ステップＳ８０では、必要に応じて、後処理により最終ダウンサンプル二値画像Ｂｄが生成される。
後処理は、例えば、モルフォロジカル演算を用いて行われ、孤立画素が除去され及び／又は小さな穴が埋められる。
最後に、ステップＳ９０では、本プロセスにより結果ダウンサンプル二値画像Ｂｄが生成される。図３（ｂ），図３（ｄ），図５（ｂ）及び図５（ｄ）は、図２及び図４に示すオリジナル画像の例示的な結果ダウンサンプル二値画像を示している。
図３（ｂ）を参照すると、本発明の実施形態によるバイリニアダウンサンプリングを用いて、図２に示すオリジナルテキスト画像からダウンサンプルされた結果画像が示されている。このダウンサンプル画像の解像度も１文字につき２１×２１画素であるが（図３（ａ）に示すダウンサンプル画像と同様）、図３（ａ）に示す従来のダウンサンプル画像と比較すると、細部及び明確さの損失が少ない。
図３（ｄ）を参照すると、本発明の実施形態によるバイキュービックダウンサンプリングを用いて、やはり図２に示すオリジナルテキスト画像からダウンサンプルされた結果画像が示されている。この新たなダウンサンプル画像の解像度も１文字につき２１×２１画素であるが（図３（ｃ）に示すダウンサンプル画像と同様）、図３（ｃ）に示す従来のダウンサンプル画像と比較すると、やはり細部及び明確さの損失が少ない。
図５（ｂ）を参照すると、本発明の実施形態によるバイリニアダウンサンプリングを用いて、図４に示すオリジナルテキスト画像からダウンサンプルされた結果画像が示されている。このダウンサンプル画像の解像度も３０１×２７６画素であるが（図５（ａ）に示すダウンサンプル画像と同様）、図５（ａ）に示す従来のダウンサンプル画像と比較すると、細部及び明確さの損失が少ない。
図５（ｄ）を参照すると、本発明の実施形態によるバイキュービックダウンサンプリングを用いて、やはり図４に示すオリジナルテキスト画像からダウンサンプルされた結果画像が示されている。このダウンサンプル画像の解像度も３０１×２７６画素であるが（図５（ｃ）に示すダウンサンプル画像と同様）、図５（ｃ）に示す従来のダウンサンプル画像と比較すると、やはり細部及び明確さの損失が少ない。更に、図５（ｄ）に示すダウンサンプル画像は図５（ｂ）に示すダウンサンプル画像と比較してより細部の損失が少なく、より明確さを有するようであり、本発明の実施形態によるバイキュービックダウンサンプリングは、バイリニアダウンサンプリングと比較して、より良い結果を提供するようである。
上述の側面に加え、本発明は、データ処理装置を制御するため、データ処理装置に本発明の実施形態によるトポロジー保存ダウンサンプリング方法のプロセスを実行させるように構成されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを内蔵する非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体においても具現化されることができる。
更なる側面では、本発明は、データ処理装置に本発明の実施形態によるトポロジー保存ダウンサンプリング方法のプロセスを実行させるように構成されたシステムにおいて具現化されることができる。
本発明の方法及び関連する装置に、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく種々の改良及び変更を加え得ることは、当業者において明らかであろう。このように、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲内における改良及び変更を包含することが意図されている。
Claims (20)
- 背景及び一又は複数の前景部分を有する二値画像からグレースケール画像を生成する工程と、
前記一又は複数の前景部分においてスケルトン画素の位置を特定する工程と、
前記グレースケール画像における特定の前景画素の値を、前記スケルトン画素及び背景画素の値の差異がより顕著になるように操作する工程と、
前記特定の前景画素の操作された値により前記グレースケール画像をダウンサンプルする工程と、
前記ダウンサンプルされたグレースケール画像からダウンサンプル二値画像を生成する工程と、
を有することを特徴とする二値画像ダウンサンプリング方法。 - 前記操作工程は、前記スケルトン画素の値を操作することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記操作工程は、プロファイルに基づき、前記スケルトン画素の値及び前記前記スケルトン画素を囲う画素の値を操作することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記プロファイルは、前記スケルトン画素に重点を置いた対称プロファイルであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記対称プロファイルは、ガウスプロファイル及び三角形プロファイルを含む対称プロファイル群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記プロファイルは、非対称プロファイルであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記グレースケール画像は、補間技術によりダウンサンプルされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記ダウンサンプル二値画像は閾値処理技術によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記ダウンサンプル二値画像を後処理する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記ダウンサンプル二値画像はモルフォロジカル演算によって後処理されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
- データ処理装置を制御するため、データ処理装置に二値画像ダウンサンプリング方法のプロセスを実行させるように構成されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを内蔵する非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体であって、前記プロセスは、
背景及び一又は複数の前景部分を有する二値画像からグレースケール画像を生成する工程と、
前記一又は複数の前景部分においてスケルトン画素の位置を特定する工程と、
前記グレースケール画像における特定の前景画素の値を、前記スケルトン画素及び背景画素の値の差異がより顕著になるように操作する工程と、
前記特定の前景画素の操作された値により前記グレースケール画像をダウンサンプルする工程と、
前記ダウンサンプルされたグレースケール画像からダウンサンプル二値画像を生成する工程と、
を有することを特徴とする非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。 - 前記操作工程は、前記スケルトン画素の値を操作することを特徴とする請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記操作工程は、プロファイルに基づき、前記スケルトン画素の値及び前記前記スケルトン画素を囲う画素の値を操作することを特徴とする請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記プロファイルは、前記スケルトン画素に重点を置いた対称プロファイルであることを特徴とする請求項１３に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記対称プロファイルは、ガウスプロファイル及び三角形プロファイルを含む対称プロファイル群から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記プロファイルは、非対称プロファイルであることを特徴とする請求項１３に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記グレースケール画像は、補間技術によりダウンサンプルされることを特徴とする請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記ダウンサンプル二値画像は閾値処理技術によって生成されることを特徴とする請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記プロセスは、前記ダウンサンプル二値画像を後処理する工程を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記ダウンサンプル二値画像はモルフォロジカル演算によって後処理されることを特徴とする請求項１９に記載の非一時的コンピュータ読取可能な記録媒体。
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