JPH0378094A - 画像階調変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、イメージスキャナ、ＣＲＴ、プリンタ等の装
置において中間調画像入力１表示５記録を行なう際に用
いる画像層２１変換装置に関する。

（従来の技術） 従来、画質を向上させるように画像の階調変換を行なう
画像階調変換装置においては、画像変換の方法としてヒ
ストグラム変換を用いたものが知られている。これは、
被変換画像の階調ヒストダラムを一般的に見易いとされ
る形に変形することによって、画質を向上させるもので
ある。なお、階調ヒストグラムとは、画像全体で各階調
がとる画素の数を累計して示すものである。

例えば、第１１図に示すような、３６６画素１６階調（
０〜１５）の画像の場合、この階調ヒストグラムは、第
１２図のようになる。ここでは、階調が大きい程、明る
いものとする。この画像は、階調ヒストグラムが示すよ
うに、階調の小さい方に画素数が多くなっているため、
全体的に暗い画像であるといえる。従来の画像階調変換
装置において行なわれるヒストグラム変換では、この階
調ヒストグラムが平坦になるように各画素の階調を変換
する。このヒストグラム変換は、変換前後の階調をそれ
ぞれＣｉｎ　、　ＣｏｕＬとすると、次式で表される。

すなわち、 ここで、Ｈ（Ｃ）が階調ヒストグラムであり、その値は
画像中で階調Ｃをとる画素の数である。また、Ｃｍａｘ
は階調数、Ｈｃａａｘは全画素数である。つまり、Ｃｉ
ｎ　５Ｃｏｕｔは、共に０〜（Ｃｍａｘ　−１）の整数
値をとるものであり、０が最も暗く、（Ｃ＋＊ａｘ−１
）が最も明るい値を示している。関数Ｈｅ（Ｃ１ｎ）は
、累積ヒストグラムと呼ばれ、全画像中で階調がＣｉｎ
以下の画像の総数を示す。第１１図に示す画像の累積ヒ
ストグラムを、第１３図に示している。

第１１図に示す画像（Ｃｍａｘ−１６、Ｉｌｃｍａｘ　
−３６）について、前記（１）式、（２）式に基づいて
ヒストグラム変換を行なうと、第１４図に示すような画
像に変換される。また、変換後の画像についての階調ヒ
ストグラムを、第１５図に示している。なお、第１５図
に示すように、ヒストグラム変換を行っても、完全に平
坦化されるわけではない。これは、変換前に同一の階調
をとる画素は、変換後の階調も同一になるように変換さ
れるためである。しかし、全階調に渡って画素が分布し
、特定の階調への偏りがなくなっている。従って、この
ようなヒストグラム変換によって、全体的に暗すぎて黒
っぽい画像は比較的明るい部分がより明るくなり、全体
的に明るすぎて白っぽい画像は比較的暗い部分がより暗
くなる。このために、変換前の画像に比べて、変換後の
画像がより見易いものとなる。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の画像階調変換装置におけるヒストグ
ラム変換は、変換後の画像の階調ヒストグラムが例えば
平坦となるようにといった形で表現されるものとなって
いた。一方、例えばプリンタ装置の印刷特性を補正する
ために、全３６画素中の１８８画素全１６階間中の明る
い方の４階調に割り当てるというような、ある階調範囲
にある数の画素を割り当てるという変換の方法が要求さ
れている。しかしながら、従来の画像階調変換装置では
、単純に階調ヒストグラムの形を平坦化するような方法
であったため、このような要求を直接指定して変換を行
なうことができず、それを実現するための階調ヒストグ
ラムに直してから変換を行う必要があった。従って、前
記プリンタ装置の例においても、要求を満たす階調ヒス
トグラムを使用者側で求める必要があり、さらに画素の
指定を１８８画素ら２４画素に変更するような場合には
、これに応じて階調ヒストグラムを求め直す必要があっ
た。そのため、特に所望階調特性を開路に変更する場合
では、使用者の作業が増大し操作性が低下してしまうと
いう問題があった。

本発明は前記のような点に鑑みてなされたもので、画像
に対する要求（所望階調特性）に応じて効率的に画像階
調変換を行なうことが可能な画像階調変換装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、階調変換の対象とする画像について階調毎に
各階調以下の画素数を示す累積ヒストグラムを生成し、
前記画像に対する階調変換によって要求される所望階調
特性を指定するバラメー夕情報を入力し、前記パラメー
タ情報及び前記累積ヒストグラム生成手段によって生成
された累積ヒストグラムに基づいて、階調変換前の階調
と階調変換後の階調との関係を示す階調変換特性を生成
し、この生成された階調変換特性に応じて、前記画像に
ついて階調変換を行なうように構成するものである。

（作　用） このようにして構成される画像階調変換装置においては
、パラメータによって指定する所望階調特性に応じて画
像に対して階調変換が行われるので、使用者が要求する
「ある数の画素がある階調範囲に含まれるように変換す
る」というような任意の指定が可能となり、プリンタ装
置の印字特性、ＣＲＴの表示特性を補正するというよう
な使用目的に応じて階調変換を行なうことができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は本発明をモノクロ多階調画像信号の変換に適用し
て、プリンタ装置の記録画質を向上させることを目的と
する画像階調変換装置の構成を示すブロック図である。

同図において、１０は階調変換処理の対象とする一画面
分の被変換画像を格納するための画像メモリである。１
１は基準クロック発生部であり、装置全体の動作の基準
クロックを発生するものである。基準クロック発生部１
１には、アドレス生成部１２、及び累積ヒストグラム生
成部１３が接続されている。アドレス生成部１２は、基
準クロック発生部１１からの基準クロックを計数し、後
述する累積ヒストグラム生成時及び階調変換時に、画像
メモリ１０を走査するためのアドレス信号を生成するも
のである。画像メモリＩＯには、累積ヒストグラム１３
、及び階調変換部１４が接続されている。累積ヒストグ
ラム生成部１３は、画像メモリ１０に格納された被変換
画像について階１凋毎の累積ヒストグラムを生成するも
のである。

累積ヒストグラム生成部１３には、変換曲線生成部】５
が接続されている。この変換曲線生成部１５は、使用者
が指定する所望階調特性を示すパラメータ情報、及び累
積ヒストグラム１３において生成された累積ヒストグラ
ムを入力とし、階調変換曲線（後述する）を生成するも
のである。変換曲線生成部１５には、階調変換部」４が
接続されている。階調変換部１４は、変換曲線生成部１
５において生成された階調変換曲線に基づいて、画像メ
モリ１０中の被変換画像について階調変換を行なうもの
である。

階調変換部１４には、プリンタ装置１６が接続されてい
る。プリンタ装置■６は、階調変換部１４によって変換
された後の画像に基づいて印刷を実行するものである。

第２図は第１図に示す累積ヒストグラム生成部１３の詳
細な構成を示す図である。第２図において、２１は階調
デコーダであり、画像メモリ１０に格納された階調変換
処理の対象とする画像信号を解読するものである。階調
デコーダ２１には、被変換画像の階調数（Ｃｌ１ａｘ）
に対応する出力端（以下、階調デコーダ出力０〜ＣｒＡ
ａｘ−１と称する）が設けられている。階調デコーダ２
１は、被変換画像の階調Ｃに応じて、階調デコーダ出力
Ｃ−Ｃ■ａｘ−１をアクティブ状態とするものである。

階調デコーダ２Ｉには、階調デコーダ出力（０−ＣＩＩ
ａｘ　−１）と一対一に対応するＡＮＤゲート２２−１
〜２２−ｎ　（ｎ　−Ｃａ＋ａｘ）が接続されている。

ＡＮＤゲート２２−１〜２２−ｎは、それぞれ２つの入
力端を有しており、一方が階調デコーダ２１の出力端と
接続されており、他方が基準タロツク発生部１１に接続
されている。ＡＮＤゲート２２−１〜２２−ｎは、両入
力がアクティブな時のみ、出力信号をアクティブ状態と
するものである。

ＡＮＤゲート２２−１〜２２−ｎの出力端（ＡＮＤゲー
ト出力０〜Ｃ１ａｘ　−１）には、それぞれ計数部２３
−１〜２３−ｎが接続されている。各計数部２３−１〜
２３−ｎは、同一の動作を行なうものであり、入力され
た信号の個数を計数するものである。計数部２３−１〜
２３−ｎの出力が、累積ヒストグラム生成部１３の出力
となる。また、計数部２３−１〜２３−〇の計数内容は
、装置の起動時に、０にリセットされるものである。

次に、同実施例の動作を説明する。

ここでは、画像メモリｌＯに、第１１図に示す被変換画
像が格納されており、この画像について階調変換を行な
う場合を例にして説明する。（すなわち、階調数Ｃｔｘ
ａｘ　−１６、全画素数Ｈｃｔｓａｘ　−３６となる。

）また、以下の二つの条件（■、■）を共に満たすよう
に、パラメータ情報を指定し階調変換を実行させるもの
とする。

■　全画素を階調順に並べた時の、全画素のうち暗い方
から１／４（９番目の画素）までを、全階調のうち暗い
方から１／２（階調７以下）に割り当てる。

■　■と同時に、全画素のうち明るい方から１／２　（
１８番目以降の画素）を、全階調のうち明るい方から１
／４（階調１１以上）に割り当てる。

同実施例における画像階調変換装置の処理動作は、二つ
の段階に分けることができる。すなわち、階調変換曲線
生成段階、及び階調変換段階である。

以下、各段階における動作について説明する。

まず、階調変換曲線生成段階について説明する。

基準クロック発生部１１は、画像を１回走査するタイミ
ングのもとになる基準クロックを発生する。

アドレス生成部１２は、基準クロック発生部１１からの
基準クロックを計数して、画像メモリ１０を走査するた
めのアドレスを生成する。画像メモリ１０に格納された
被変換画像は、アドレス生成部１２で生成されたアドレ
スによって読み出され、累積ヒストグラム生成部１３に
出力される。こうして、画像メモリＩＯに格納された被
変換画像が、所定の順番で１画素毎に出力される。第１
１図に示す画像が読み出される走査方法の一例を、第３
図に示している。第３図に示すような走査順にしたがっ
て、第４図に示すように各画素の画像が順次読み出され
る。

被変換画像が画像メモリ１ｏがら読み出されると、累積
ヒストグラム生成部Ｉ３は、この画像をもとに累積ヒス
トグラムの値Ｈｅ（Ｃ）を求める。第５図は、画像に対
する累積ヒストグラム生成部１３の動作波形図、及び計
数部の計数結果を示している。まず累積ヒストグラム生
成部１３は、画像メモリ１ｏがらの画像を階調デコーダ
２１に入力する。階調デコーダ２１は、人力した画像に
応じて、階調がＣであれば階調デコーダ出力Ｃ−Ｃ＋ｇ
ａｘ−１をアクティブ状態にする。従って、Ｃ５ａｘ個
のＡＮＤゲート２２−１〜２２−ｎのうち、階調デコー
ダ出力Ｃ−Ｃｍａｘ−１に接続されているものだけが、
基準クロックを出力する。そして、基準クロックを出力
したＡＮＤゲートに接続されている計数部は、クロック
数をカウント（＋１）する。以上の動作を、画像メモリ
１０に格納された画像の画素毎に行なう。すなわち、計
数部２３−１〜２３−ｎの計数内容が動作の起動時に０
にリセットされているため、画像メモリｉｏの走査が終
了した（全画素の画像が読み出された）時に、Ｃ番目の
計数部の計数内容は、全画像中で階調がＣ以下の画素数
に等しくなる。従って、その計数内容は、画像メモリＩ
Ｏに格納された被変換画像の累積ヒストグラムの値１１
ｃ（Ｃ）となる。第１図に示す画像を処理対象とした場
合は、当然ながら第１３図に示すように累積ヒストグラ
ムが求められる。累積ヒストグラム部１３は、累積ヒス
トグラムの値１（ｃ（Ｃ）　　（計数結果０〜Ｃ１ａｘ
−１）を変換曲線生成部１５に出力する。

変換曲線生成部１５には、累積ヒストグラム生成部１３
からの累積ヒストグラムと、使用者が要求する所望階調
特性を示すパラメータ情報が与えられる。所望階調特性
は、次のようなパラメータ情報によって指定されるもの
である。すなわち、パラメータ情報は、画像の全画素を
階調順に並べた時に、Ｘ番目にくる画素の階調がＣｏに
なるように階調変換を実行することを指定するもので、
画素順位Ｘと変換後の階：Ａｃ’の組によって示すもの
である。パラメータ情、報は、ｐ組のＸとＣｏとの組に
よって指定されるものとし、それぞれのパラメータ値を
Ｘｌ、Ｘ２．−、Ｘｐ、Ｃ’１．Ｃ’２．−、Ｃ’ｐと
する。

変換曲線生成部１５は、パラメータ情報が人力されると
、画像中の全画素を並べた時にＸｉ（＋　−１〜ｐ）番
目にくる画素の階調ｃ１を、累積ヒストグラムに基づい
て判別する。この階調ＣＩは、次式の関係によって求め
られる。

Ｘｉ＞Ｈｅ（Ｃｌ　−１）　　　　　　　−（３）かつ
　Ｘ１≦１ｌｃ（Ｃｉ　）　　　　　　　　　−（４）
変換曲線生成部Ｉ５は、階調Ｃｉと所望階調ｃ′ｉの組
を、全部でｐ組設定する。また、画像の階調Ｃ１がＯ、
Ｃｍａｘ　−１の時、階調変換後の階調Ｃ’ｌも０１Ｃ
ｓａｘ　−１となるようにする。以上のようにして得ら
れた階調Ｃ１と所望階調Ｃ′ｌの関係より、第６図に示
すような階調変換曲線（階調変換特性）が得られる。

この階調変換曲線生成の具体例について説明する。例え
ば、前記二つの条件（■、■）を満たすように階調変換
を実行させる場合、パラメータ情報は、ｐ　−２，Ｘｌ
−９，Ｃ’ｌ　−７，Ｘ２−１８゜Ｃ”２−１１として
指定される。変換曲線生成部１５は、第１３図に示す累
積ヒストグラムに基づいて、被変換画像の全画素を階調
順に並べた時の９番目の画素の階ｍｃｌを求める。この
場合、階調ＣＩは３と求められる。同様にして、１８８
番目画素の階調Ｃ２は４と求められる。変換曲線生成部
１５は、得られた階：ＡＣｔと所望階：ＡＣ’ｉの組（
７，３）（１１，４）をもとに、第７図に示すような、
階調変換曲線を生成する。

次に、階調変換段階について説明する。

変換曲線生成部１５において階調変換曲線が生成される
と、この階調変換曲線が階調変換部１４に与えられる。

階調変換部１４には、アドレス生成部１２において生成
されたアドレスによって画像メモリ１０が走査され、順
次画像が人力される。

階調変換部１４は、画像メモリｌＯから階調Ｃ１ｎの画
像が人力されると、階調変換曲線に従って階調変換を行
なう。この階調変換によって得られる階調変換後の階調
Ｃｏｕ　ＬとＣ１ｎの関係は、次式で表される。

ここで、Ｃ１≦Ｃ１ｎ≦Ｃｉ＋１であり、ＣＯ−１、ｃ
ｐ＋ｔ−Ｃｍａｘとする。すなわち、前記（５）式は、
変換曲線生成部１５によって生成される階調変換曲線を
示すものである。例えば、第１１図に示す画像を、第７
図に示す階調変換曲線（前記（５）式）に応じて階調変
換を行なうと、第８図のような画像を得ることができる
。また、この画像の階調ヒストグラムを第９図に示して
いる。さらに、階調変換によって得られた画像の累積ヒ
ストグラムと、所望階調特性（階調変換曲線）との関係
を第１０図に示している。第１０図に示すように、階調
変換後の画像の累積ヒストグラムは、はぼ所望階調特性
と一致していることが判る。同実施例においては、階調
変換後の画像の累積ヒストグラムと所望階調特性とは完
全に一致していないが、これは変換前の画像で同一階調
の画素であれば、変換後も同一の階調となるためである
。階調変換の対象とする画像の階調に偏りがなければ、
階調変換後の画像の累積ヒストグラムは、より所望階調
特性と近いものとなる。また、若干の機能部を付加する
ことによって、両者を完全に一致させることが可能であ
る。

階調変換部１４は、階調変換曲線に応じて階調変換を行
なうことによって得られた画像をプリンタ装置に出力す
る。プリンタ装置１６は、この階調変換後の画像に応じ
て、印刷を実行する。このプリンタ装置１６による印刷
は、パラメータ情報をプリンタ装置１６の印刷特性を補
正するような所望階調特性を指定することによって、そ
れに応じて高品質なものとすることができる。

このようにして、パラメータ情報によって指定する所望
階調特性に応じて画像に対して階調変換が行われるので
、使用者が要求する「ある数の画素がある階調範囲に含
まれるように変換する」というような任意の指定が可能
となり、例えばプリンタ装置１Ｇの印刷特性を補正する
というような使用目的に応じた階調変換を実行させるこ
とができる。また、本発明による画像階調変換装置は、
プリンタ装置（昇華型、熱転写型のプリンタ装置を含む
）以外にも、例えばＣＲＴコントローラ、イメージスキ
ャナ等に組み込んで、印刷（記録）画像や表示（人力）
画像を高画質化することができる。

さらに、所望階調特性を変更するような場合でも、パラ
メータ情報の再設定だけで対処することが可能であるの
で、使用者の作業負担が軽減されると共に、高い操作性
を実現することができる。

なお、前記実施例においては、モノクロ画像の階調変換
を行なうものとしたが、カラー画像に対しても、例えば
ＲＧＢの各画像信号に対して、それぞれ異なった、また
は同一の階調変換を行なうことも可能である。

また、前記実施例においては、変換曲線生成部１５に対
して所望階調特性を示すパラメータ情報を使用者によっ
て入力するものとしたが、累積ヒストグラム生成部１３
において生成される累積ヒストグラムをもとに所望階調
特性を生成する機能部を付加し、この機能部から所望階
調特性を示すパラメータ情報を入力するようにして、全
自動階調変換を行なうものとしても良い。例えば、所望
階調特性を生成する機能部は、階調ヒストグラムの形を
所定の形にある程度保ちながら前記所定の形と一致しな
いヒストグラム値を示す画素をある階調範囲に含まれる
ようにして平坦化を行ｔｊうことを指定するパラメータ
情報を生成する処理を行なうものである。

［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、所望階調特性を指定する
パラメータ情報及び階調変換の対象とする画像の累積ヒ
ストグラムに基づいて、階調変換前の階調と階２１変換
後の階調との関係を示す階調変換特性を生成し、この生
成された階調変換特性に応じて、画像について階調変換
を行なうようにしたので、使用者の要求に応じて効率的
に画像階調変換を行なうことが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる画像階調変換装置の
構成を示すブロック図、第２図は第１図中の累積ヒスト
グラム生成部の詳細な構成を示す図、第３図及び第４図
は画像メモリの走査方法を説明するための図、第５図は
累積ヒストグラム生成部の動作を説明するための図、第
６図は階調変換曲線を説明するための図、第７図は階調
変換曲線の具体例を示す図、第８図は階調変換によって
得られた画像を示す図、第９図は第８図に示す画像につ
いての階調ヒストグラムを示す図、第１０図は第８図に
示す画像の累積ヒストグラムと所望階調特性との関係を
示す図、第１１図は階調変換の対象とする画像を示す図
、第１２図は第１１図に示す画像の階調ヒストグラムを
示す図・第１３図は第１１図に示す画像の累積ヒストグ
ラムを示す図、第１４図は第１１図に示す画像について
従来の階調変換を行って得られた画像を示す図、第１５
図は第１４図に示す画像の階調ヒストグラムを示す図で
ある。 １０・・・画像メモリ、１１・・・基準クロック発生部
、１２・・・アドレス生成部、■３・・・累積ヒストグ
ラム生成部、１４・・・階調弯換部、１５・・・変換曲
線生成部、１６・・・プリンタ装置、２１・・・階調デ
コーダ、２３−１〜２３−〇・・・計数部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）階調をもった画像について階調変換を行なう画像
   階調変換装置において、 階調変換の対象とする画像について階調毎に各階調以下
   の画素数を示す累積ヒストグラムを生成する累積ヒスト
   グラム生成手段と、 前記画像に対する階調変換の結果に要求される所望階調
   特性を指定するパラメータ情報を入力し、前記パラメー
   タ情報及び前記累積ヒストグラム生成手段によって生成
   された累積ヒストグラムに基づいて、階調変換前の階調
   と階調変換後の階調との関係を示す階調変換特性を生成
   する階調変換特性生成手段と、 前記階調変換特性生成手段によって生成された階調変換
   特性に応じて、前記画像について階調変換を行なう階調
   変換手段と、 を具備したことを特徴とする画像階調変換装置。
2. （２）前記パラメータ情報は前記画像中の画素を階調順
   に並べた時の所望の画素順位と同画素順位における画素
   についての階調変換後の所望階調を示す情報を含み、前
   記階調変換特性生成手段は前記パラメータ情報をもとに
   前記累積ヒストグラムから前記画素順位における前記画
   像中の画素の階調を判別し、この判別によって得られた
   階調と前記所望階調の関係より階調変換特性を生成する
   ことを特徴とする画像階調変換装置。