JPH0223067B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は入力画像信号を複数の閾値からなる閾
値マトリツクスまたは固定の閾値を用いて２値化
処理する画像処理装置に関する。

従来、中間調を有する画像を２値化する画像２
値化方式としては、上述した種類のいわゆるデイ
ザ方式がよく知られている。しかして、このデイ
ザ方式は、 (1) 画像信号の符号化、記憶等に要するメモリ装
置の容量を節約することができる。

(2) ２値表示装置を用いて中間調を有する画像を
表示することができる。

(3) 中間調を有する画像として高品位の画質のも
のが得られる。

(4) 装置の具体的構成が容易となる。

等の理由により、多くの分野にて広く採用されて
いる。

しかしながら、かかる中間調再現可能の画像２
値化方式を用いて通常の活字、線画等、本来白黒
２値からなる画像を再現すると、かかる２値画像
のエツジ部に、各画素を構成する複数区画の配列
に基づくいわゆるデザインパターンが生じ、却つ
て２値画像が不鮮明になるという欠点があつた。

また、いわゆるデイザ方式によつて画像を再現
した場合に、中間調を有する画像に対する階調性
の再現をよくするには、画素を構成する複数区画
の数、すなわち、いわゆるデイザマトリツクスを
大きくする必要がある。しかしながら、その区画
数を増大させると、画像の階調性はよくなるが、
解像度は逆に損われることになり、文字、線画
等、中間調を有しない本来の２値画像を再現した
場合に、そのエツジ部に前述した特有のデザイン
パターンが生じて２値画像のエツジが不鮮明にな
り、また、これとは逆に、画素を構成する複数区
画の数すなわち、デイザマトリクスを小さくする
と、文字、線画等の２値画像は鮮明に再現される
が、中間調を有する画像は階調性に欠けるという
欠点があつた。

本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去
し、中間調を有する画像、および、文字、線画等
の本来の２値画像の双方に対して鮮明な画像を再
現し得るようにした画像処理装置を提供すること
にある。

本発明の目的は、中間調を有する画像について
も、その再生画質に応じて画像処理を行い、画質
に応じた最適の画像処理を行い得るようにした画
像処理装置を提供することにある。

以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

しかして、本発明実施例による画像処理の原理
は、画像の各画素を２値符号の各桁に対応した複
数の区画に区分し、それら複数の区画毎にそれぞ
れ異なる閾値レベルを設定して、いわゆるデイザ
マトリツクスを構成したときにおけるマトリツク
スサイズの可変化、したがつて、各閾値レベルの
可変化にある。すなわち、従来のデイザ法、例え
ば組識的デイザ法においては、閾値レベルを異に
するマトリツクスよりなるデイザマトリツクスを
用いて入力画像の各画素を２値化するのである
が、そのデイザマトリツクスのサイズは一定であ
り、入力画像の種類には無関係に固定されてい
た。これに反し、本発明実施例によるデイザ法に
おいては、デイザマトリツクスのサイズが入力画
像の種類に応じて変化し、画像の種類乃至質に応
じたサイズのデイザマトリツクスを用いて入力画
像を２値化する。

本発明実施例によりかかる画像処理の長所とし
てはつぎの２点が挙げられる。

(1) 文字、線画等の本来の２値画像に対しては、
各画素毎に単一の閾値レベルを用いて入力画像
を２値化するに近い画像２値化を行い、また、
中間調を有する入力画像に対しては、デイザマ
トリツクスのサイズを大きく設定するので、上
述した従来方式における欠点が除去される。

(2) 中間調を有するとともに線画に近い画像情報
をも有する通常の画像については、その線画に
近い画像部分に対して単一の閾値レベルによる
に近い２値化を行うことになるので、細線部分
の解像度が優れた再生画像が得られる。

上述のような長所を有する本発明実施例の画像
処理の動作原理を説明すると、一般に、ｎ×ｎ個
の区画からなるデイザマトリツクスはJudiceの方
法により によつて表わすことができる。例えば、入力信号
の最大値を１に正規化すると、 D²＝１／４0 2 3 1 (2) D⁴＝１／16 0 8 2 10 12 4 14 6 3 11 1 9 13 7 13 5 (3) 本発明実施例においては、かかるデイザマトリ
ツクスDⁿを、画像の種類乃至画質に応じ、その
マトリツクスのデイメンジヨンｎを変えることに
よつて変化させ、前述した従来の欠点を除去して
上述した(1)，(2)の長所が得られるようにしてい
る。

なお、ここで、D⁰＝１／２と定義する。すなわ ち、画質に応じてD⁰，D²，D⁴，D⁸，…と、マト
リツクスサイズの違つたデイザマトリツクスを取
出して２値化を行うようにする。

上述のようにマトリツクスサイズを順次に異な
らせたデイザマトリツクスの閾値レベルをそれぞ
れプロツトしたものを第１図に示し、図中、ａ〜
ｄ…はD⁰，D²，D⁴，D⁸，…をそれぞれ示してい
る。図から判るように、マトリツクスサイズが大
きくなるほど表現し得る階調が豊富になる。

かかる動作原理に基づく本発明の一実施例の画
像２値化装置の概略構成を第２図に示す。図示の
構成においては、例えばCCDラインセンサ等か
らなる入力系１０により読取つたアナログ画像信
号をアナログ・デイジタル変換器（ADC）１１
に導いてデイジタル画像信号１２に変換するとと
もに、閾値発生回路１６により後述する一定の規
則に従つて上述したような各閾値レベルを表わす
デイジタル閾値信号１５を発生させる。かかる２
種類のデイジタル信号を比較器１３に供給して相
互に比較し、例えば、デイジタル画像信号の方が
デイジタル閾値信号より大きければ“１”とし、
小さければ“０”として２値化画像信号１４に変
換する。このようにして形成した２値化画像信号
は、メモリ装置に格納し、あるいは、出力装置に
記録し、もしくは、表示するなどする。なお、閾
値発生回路１６においては、入力系１０からの画
像信号の種類に応じて出力する閾値信号を表わす
デイザマトリツクスのサイズを決定して順次に送
出する。

つぎに、第２図示の概略構成における入力系１
０の詳細な構成の例を第３図Ａに示し、比較器１
３の詳細な構成の例を同図Ｂに示す。なお、説明
を容易にするために、４×４のマトリツクスサイ
ズまで変化させるものとする。

まず、同図Ａに示す入力部においては、例えば
CCDラインセンサ等からなる画像読取装置２０
により形成したアナログ画像信号をアナログ・デ
イジタル変換器２１によりデイジタル化したうえ
で、マルチプレクサ２２により分岐して４ライン
メモリ２３ａおよび２３ｂにそれぞれ記憶させ
る。このマルチプレクサ２２は、同図Ｂに示す比
較器における信号処理を４ライン一括して行うの
で、４ラインずつのバツフアメモリを交互に使用
する必要があり、そのための４ラインメモリ２３
ａ，２３ｂに対するデイジタル画像信号の４ライ
ンずつの振分けを行うものであり、一方の４ライ
ンメモリが充満すると他方に切換えるようにして
ある。したがつて、画像読取装置２０としては、
つねに一定の速度で画像を読取ることができる。
このようにして、４ラインメモリ２３ａおよび２
３ｂのいずれかが充満すると、そのメモリ内容の
４ライン分のデイジタル画像信号を同時に読出し
てデマルチプレクサ２５に供給し、４ライン分並
列のデイジタル画像信号を順次に間欠的に取出
す。

つぎに、同図Ｂに示す比較器においては、上述
した順次間欠の４ライン並列画像信号のうち、ラ
インｎ〜ｎ＋３の４ライン並列画像信号３０ａ〜
３０ｄを４×４画素分のメモリ３１に一旦格納
し、後述する判断基準に従つて、４×４画素分の
比較マトリツクスを新たに形成する。なお、ここ
で注意すべきことは、４×４画素分の比較マトリ
ツクスとは、４×４のデイザマトリツクスD⁴の
みを指すものではなく、D²のデイザマトリツク
ス４個分とすることもでき、また、D⁰のデイザ
マトリツクスの16個分とすることもできることで
あり、４ライン分の画像信号を一括処理する際の
４×４画素分の画像信号群を指すものである。

上述のような４×４画素分の比較マトリツクス
３３における各列成分を４ライン分比較器３４に
比較データとして順次に供給し、直接に供給した
ラインｎ〜ｎ＋３のものとのデイジタル画像信号
３０ａ〜３０ｄとそれぞれ比較する。その結果、
入力画像信号の方が比較データより大きければ
“１”とし、小さければ“０”として順次２値化
したラインｎ〜ｎ＋３の２値化画像信号３５ａ〜
３５ｄを同時並列に取出す。

しかして、４×４画素分の比較マトリツクス３
３における各列成分が４ライン分比較器３４を構
成する４個の比較器にデイジタル画像信号転送用
クロツクと同期して順次に供給される。すなわ
ち、具体的には、４×４画素分の比較マトリツク
ス1Mを により表わしたとすると、まず、第１列の成分
m11，m21，m31，m41をラインｎ，ｎ＋１，ｎ
＋２，ｎ＋３にそれぞれ対応する４個の比較器に
それぞれ供給し、ラインｎ〜ｎ＋３におけるそれ
ぞれ先頭のデイジタル画像信号とそれぞれ比較し
て画像信号の２値化を各ライン並列に行う。つい
で、ラインｎ〜ｎ＋３におけるそれぞれ２番目の
デイジタル画像信号に移行したときには、第２列
の成分m12，m22，m32，m42を比較データとし
て４個の比較器に並列に供給して、上述と同様の
２値化処理を同時並列に行う。

上述のような２値化処理を順次の入力画像信号
に対して繰返し行うことにより、４ライン分の画
像信号に対する２値化処理を一括して順次行うこ
とになる。

なお、第４列の成分を比較データとする２値化
処理が終了すると、比較マトリツクスとしては、
再び第１列の成分を比較データとして用い、ライ
ン毎に反復して使用するが、その反復の都度、４
×４画素メモリ３１のメモリ内容は新たなデータ
に書換えられるものとし、したがつて、４×４画
素分の比較マトリツクス３３の内容も、反復使用
の都度、新たなものと置換えられることになる。

つぎに、かかる比較マトリツクス３３の形成の
態様について説明すると、この比較マトリツクス
３３の内容を決定するのは４×４画素分のメモリ
３１の記憶データであるが、このメモリ３１の記
憶データの内容は、第４図Ａに示すようにサイズ
D⁰のマトリツクス16個よりなるもの（固定閾
値）、同図Ｂに示すようにサイズD²のマトリツク
ス４個よりなるもの（第１のサイズの閾値マトリ
ツクス）、および、同図Ｃに示すようにサイズD⁴
のマトリツクス１個よりなるもの（第２のサイズ
の閾値マトリツクス）の３種類に区別される。か
かる３種類の記憶データのいずれを比較マトリツ
クスに決定するかは、４×４画素分のメモリ３１
の記憶データのヒストグラムの分布状態による。

かかる記憶データの頻度分布の例を第５図に示
す。図示の頻度分布特性において、横軸は記憶デ
ータの大きさを表わし、縦軸はそれぞれの記憶デ
ータの頻度を表わしている。例えば、８ビツト構
成の記憶データについては、同図Ａに示すように
“00”から“FF”までのデータが存在し得、読取
り原稿が黒いものであれば、同図Ｂに示すように
大半のデータは“00”のデータに近い値をとり、
逆に、読取り原稿が白地のものであれば、同図Ｃ
に示すように大半のデータは“FF”のデータに
近い値をとる。なお、同図Ａは文字、線画のよう
に中間濃度の部分が存在しない場合の例を示し、
一般の画像においては、同図ＤおよびＥに示すよ
うに、中間濃度の領域にて高い頻度を有してい
る。

本発明実施例により画像信号を２値化する際に
画像の種類によつてマトリツクスサイズを可変化
するについては、つぎのような要請がなされる。

(1) 第５図Ａ，Ｂ，Ｃに示したような頻度分布を
呈する記憶データをなす画像については、サイ
ズD⁰のデイザマトリツクスを用いて２値化を
行いたい。

(2) 第５図Ｄ，Ｅに示したような頻度分布を呈す
る記憶データをなす画像については、サイズ
D²〜D⁴のサイズマトリツクスを用いて２値化
を行いたい。

(3) 第５図Ｄ，Ｅに示したより広がつた頻度分布
を呈する記憶データをなす画像については、サ
イズD⁴のデイザマトリツクスを用いて２値化
を行いたい。

かかる要請を満たすためには、第５図Ａ〜Ｄに
示した頻度分布に対応させて画像のデータ値領域
（濃度値領域）を第６図に示すような３領域に分
割し、つぎのような基準に従つて２値化を行う。

(1) 大半のデータが第１もしくは第３の領域に属
する画像（文字画像）にはサイズD⁰のマトリ
ツクス（固定閾値）を用いて２値化を行う。

(2) 大半のデータが第２の領域に属し、第１およ
び第３の領域には余り存在しない画像（第１の
中間調画像）にはサイズD²のマトリツクス
（第１のサイズの閾値マトリツクス）を用いて
２値化を行う。

(3) 第１、第２、第３の各領域ともにほぼ均等に
データが存在する画像（第２の中間調画像）に
はサイズD⁴のマトリツクス（第２のサイズの
閾値マトリツクス）を用いて２値化を行う。

本発明実施例においては、上述した基準に従
い、対象とする画像の種類乃至質に適したサイズ
のマトリツクスを用いて２値化を行い、従来生じ
ていたようなデイザマトリツクスによる２値化の
欠点を除去している。

なお、第６図示のデータ領域相互間の境界αお
よびβを如何に設定するかについては、一般的に
は、原稿の質により異なり、原稿の紙質、下地の
色、反射特性等によりデータの頻度分布の態様に
よつて変化する。しかしながら、対象とする画像
データの最大値がつねに“FF”となるように正
規化して考えれば、上述したデータ領域の境界
α，βが大半に変化することはないのであるか
ら、一般的には、それらの境界値α，βを概略設
定しておいてある程度調整可能にし、使用者の所
望に応じて多少変化させ得るようにするのが好適
である。しかして、入力画像データを正規化する
には、２値化に対する前処理として、入力画像の
概略読取りを行つて画像データの最大値および最
小値を記憶しておき、それらの最大、最小値の範
囲を正規化したうえで、改めて入力画像の詳細読
取りを行うようにする。

上述した本発明実施例による画像２値化の過程
を表わしたフローチヤートを第７図に示してお
く。

なお、以上の説明においては、専ら、４×４画
素の比較マトリツクスについて本発明実施例の２
値化を行うようにしたが、さらに大きい比較マト
リツクス・サイズについても、多少画像処理過程
が複雑化するだけで、本質的には同様に本発明実
施例を適用することができる。

以上に説明した如く、本発明によれば、中間調
画像に対してはその入力レベルに応じた最適なサ
イズの閾値マトリツクスを用いて２値化処理を行
うので、入力画像に忠実な階調を表現することが
できるとともに、文字画像に対しては固定閾値を
用いて２値化処理を行うので、鮮明な２値画像を
再現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はデイザマトリツクスのサイズと閾値レ
ベルとの関係を示す線図、第２図は本発明実施例
による画像２値化装置の概略構成を示すブロツク
線図、第３図ＡおよびＢは同じくその概略構成に
おける入力系および比較器の詳細構成の例をそれ
ぞれ示すブロツク線図、第４図Ａ〜Ｃは同じくそ
の比較マトリツクスの構成例をそれぞれ示す線
図、第５図Ａ〜Ｅは同じくその画像データの頻度
分布の例をそれぞれ示す特性曲線図、第６図は同
じくその画像データの分布領域区分の態様を示す
線図、第７図は同じくその画像２値化の過程を示
すフローチヤートである。 １０…入力系、１１…アナログ・デイジタル変
換器、１３…比較器、１４…閾値発生回路、２０
…画像読取装置、２１…アナログ・デイジタル変
換器、２２…マルチプレクサ、２３ａ，２３ｂ…
４ラインメモリ、２５…デマルチプレクサ、３１
…４×４画素メモリ、３２…演算処理装置、３３
…４×４比較マトリツクス、３４…４ライン分比
較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力画像信号を複数の閾値からなる閾値マト
   リクスまたは固定の閾値を用いて２値化処理する
   画像処理装置において、 階調を表現するための第１、第２のサイズの閾
   値マトリクスおよび固定の閾値を発生する閾値発
   生源と、 前記入力画像信号のレベルの頻度分布を検出す
   る検出手段と、 前記検出手段の検出結果に基づき入力画像が第
   １の中間調画像か、第１の中間調画像よりも入力
   画像信号の頻度分布の広がりが広い第２の中間調
   画像か、あるいは文字画像かを識別する識別手段
   と、 前記識別手段が入力画像を前記第１の中間調画
   像と識別すると前記第１のサイズの閾値マトリク
   スを用いて入力画像信号を２値化処理し、前記識
   別手段が入力画像を第２の中間調画像と識別する
   と前記第１のサイズよりもマトリクスサイズの大
   きい第２のサイズの閾値マトリクスを用いて入力
   画像信号を２値化処理し、前記識別手段が入力画
   像を文字画像と識別すると前記固定の閾値を用い
   て入力画像信号を２値化処理する２値化手段とを
   有することを特徴とする画像処理装置。