JPH0433471A - 画像信号二値化装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、撮像管やＣＣＤ等の固体撮像素子によって撮
像された原画像から二値画像を生成する画像信号二値化
装置に関する。

［従来の技術］ 従来、画像信号を二値化するとき、単に画像信号を、輝
度に応じた変調範囲中（振幅内）の所定レベルでスライ
スしただけでは、次のような欠点を生じる。

即ち、第８図に示すように、原画像中には例えば周囲と
孤立した微小な暗パターン１や、大きな矩形状の暗パタ
ーン２中に孤立した微小な明パタン３が存在したものと
する。この原画像中を■ＴＶによって走査したとき、微
小端パターン１や微小明パターン３上を走査線４が通る
と、このときの画像信号は、信号５のようになる。この
信号５を変調範囲、即ち信号５の振幅の中心に設定した
スライスレベル（閾値電圧）６で二値化すると、デジタ
ル信号７が得られる。このデジタル信号７は、走査線４
上の矩形状の暗パターン２については正しく二値化され
ているものの、微小暗パターン１や微小明パターン３に
ついての情報が欠落している。これは信号５中の微小暗
パターン１に対応したビーク５ａや、微小明パターン３
に対応したピーク５ｂの変化が小さいためである。即ち
、微小なパターンの大きさがＩＴＶの検出分解能に近い
ために、画像信号として十分な変調度が得られないから
である。

そこで、微小な明暗パターンをも正確に二値化するため
に、第９図に示すような二値化回路が考えられている。

この回路は、入力端子１０に印加された画像信号Ａと、
可変抵抗１１によって設定されたオフセット電圧とを加
算するアナログ加算器１２と、加算器１２の出力信号を
一定量減衰するポテンショメータ１３と、減衰した信号
を一定時間遅らせるアナログ遅延器１４と、遅延を受け
た信号Ｂと入力端子１０からの画像信号Ａとを比較して
二値化するコンパレータ１５とから構成されている。

このような回路に、今、第１０図に示すような画像信号
Ａが入力したものとする。画像信号Ａは加算器１２、遅
延器１４によって信号Ｂのような波形になる。これは、
信号Ｂの最低値、最高値がそれぞれ、画像信号Ａの最低
値よりも僅かに大きく、最高値よりも僅かに小さくなる
ように可変抵抗１１、ポテンショメータ１３により調節
されていることによる。従って、コンパレータ１５の出
力信号Ｃは、第１０図の信号Ｃのようになり、画像信号
Ａ中のわずかなピーク成分も正確に二値化される。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、第９図の回路においては、原画像中の本来の
パターンエツジ（明暗のエツジ）に対して、二値化され
た信号が遅延器１４の遅延時間に依存して、時間的にシ
フトしてしまうという大きな欠点が生じる。このことを
第１１図により説明する。

第１１図において、例えば時間的に台形状の画像信号Ａ
′が第９図の回路に入力すると、遅延器１４の出力は信
号Ｂ′のようになる。従って、コンパレータ１５の出力
は信号Ｃ′のようなる。ところが、第８図に示したよう
に、画像信号の変調範囲の中間レベルで二値化したほう
が正確に本来のパターンエツジと対応する。そこで、画
像信号Ａ′に対して中間レベルＶｒで二値化した信号り
を考えてみると、信号Ｃ′と信号りとが時間的にシフト
していることがわかる。このシフトの量は、遅延器１４
の遅延時間のほかに、画像信号の立上がり、立下がりに
も依存してしまう。従って従来は画像信号を正確に二値
化しているとはいえない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてさなれたも
ので、変調度の小さな画像信号、即ち微小な明暗パター
ンに対し正確な二値化を行うと共に、明暗のエツジをも
正確に二値化できる画像信号二値化装置を得ることを目
的とする。

［課題を解決するための手段〕 この目的を達成するため本発明にあっては、多値画像デ
ータを二値化する画像信号二値化装置として次のように
構成する。尚、実施例図面中の符号を併せて示す。

即ち、本発明の画像信号二値化装置は、入力した多値画
像データをＮ×Ｎの二次元ウィンドウに配列し、該ウィ
ンド内の着目画素の多値データと、着目画素の周囲の複
数画素の多値データを取り出すウィンドウ回路１８と； ウィンドウ回路１８で取出された着目画素の周囲の複数
画素の多値データの平均値を求める平均値回路２４と； 平均値回路２４の平均値より閾値を算出する閾値回路２
６と； 閾値回路２６の閾値で前記着目画素の多値データを二値
化するコンパレータ２８と； を備えたものである。

［作用］ このような構成を備えた本発明の画像信号二値化装置に
よれば、Ｎ×Ｎの二次元ウィンドウ、例えば５×５の二
次元ウィンドウに並び替えられた多値画素データのウィ
ンド中心に位置する現在処理中の着目画素の二値化に際
し、着目画素の周囲に存在する複数画素の平均値から閾
値を算出して着目画素の多値画像データを二値化するこ
ととなリ、この周囲画素の相関により閾値を決定してい
くことで、微小な明暗パターン及び微小な明暗エツジを
正確に二値化することができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示した実施例ブロック図で
ある。

第１図において、１８はウィンドウ回路であり、入力し
た多値画像データを５×５画素の二次元ウィンドウに配
列し、ウィンド内の着目画素の多値データと、着目画素
の周囲の複数画素の多値データを取り出す。例えばアナ
ログ画像信号は明暗に応じて４ビツトの多値画像データ
にＡ／Ｄ変換され、入力画像データＤＩとしてウィンド
ウ回路１８の入力端子から画素毎に４ビツトのデータと
して入力される。入力画像データＤＩはウィンドウ回路
１８内の直列シフトレジスタ２２−１〜２２−５とライ
ンレジスタ２０−１〜２０−４に与えられる。ラインレ
ジスタ２０−１〜２０−４は一走査分の遅延を行うため
のもので、それぞれ直列に接続されており、ラインレジ
スタ２０−１の出力は１ライン分の遅延、ラインレジス
タ２ｏ−２の出力は２ライン分の遅延、ラインレジスタ
２゜−３の出力は３ライン分の遅延、更にラインレジス
タ２０−４の出力は４ライン分の遅延を行う。

従って直列シフトレジスタ２２−２には１ライン分遅れ
の信号が入力され、直列シフトレジスタ２２−３には２
ライン遅れの信号が入力され、直列シフトレジスタ２２
−４には３ライン遅れの信号が入力され直列シフトレジ
スタ２２−５には４ライン遅れの信号が入力される。ラ
インレジスタ２０−１〜２０−４と直列シフトレジスタ
２２−１〜２２−５は、ＣＯＤ等の一走査分のクロック
信号を入力することにより、１ライン分のデータのシフ
トを行う。この直列シフトレジスタ２２−１〜５にて、
水平５画素、垂直５画素の二次元配列をもつ２５５画素
のウィンドウ回路１８を構成する。

該ウィンドウ回路１８で切り出された５×５画素のうち
、ウィンド中心に位置する現在処理対象となっている特
定の画素データｃ３の周囲に存在する複数の特定画素は
平均値回路２４に出力されている。即ち、第２図に示す
ように、ウィンドウ回路１８によって切り出されたウィ
ンドウＷ中の中心データＣ３の周辺の一定の半径で円状
に囲んだ斜線部で示した複数の画素データ（Ａ２．　　
Ａ３゜Ａ４．Ｂｌ、Ｂ５．Ｃ１，Ｃ５，Ｄｉ、Ｄ５．Ｂ
２、Ｂ３．Ｂ４）の１２画素データが平均値回路２４に
入力される。

平均値回路２４は、第２図で示した斜線部の画素データ
の平均値を計算して出力する。この平均値回路２４は、
例えば１２画素の多値画像データで生成されるアドレス
を使用したルックアップテールを構成するＲＯＭ’ＰＲ
ＡＭ等で実現できる。

平均値回路２４で計算した周囲１２画素データの平均値
は閾値回路２６に与えられ、二値化の為の閾値を決定す
る。閾値回路２６は平均値を閾値に変換するＲＯＭやＲ
ＡＭで構成された所謂データ・テーブルであり、例えば
第４図に示すデータ・テーブルを備える。閾値回路２６
で算出された閾値はコンパレータ２８の入力Ｂに与えら
れ、コンパレータ２８の入力Ａにはウィンドウ回路１８
で切り出されるウィンドウＷの中心に位置する着目画素
Ｃ３の出力が与えられている。従って、コンパレータ２
８は第２図に示すようにウィンドウＷの中心画素データ
Ｃ３を、斜線部で示した周囲１２の画素データの平均値
より得られる閾値で二値化するものである。

即ち、コンパレータ５は、デジタルコンパレータであり
、 （入力Ａ）≧（入力Ｂ）；論理値「１」出力（入力Ａ）
〈（入力Ｂ）；論理値ｒＯＪ出カとなる。

次に、第１図の実施例による画像信号の二値化動作につ
いて説明する。

第３図は暗パターン３２．３４が存在し、ウィンドウＷ
の中心データＣ３が、ｃｃＤの走査線３０を移動したも
のとする。この特待られるアナログ画像信号が信号Ａで
あり、同時に、平均値回路２４の平均値に基づいて閾値
回路２６より得られる閾値信号が信号Ｂである。信号Ａ
と信号Ｂより得られる二値化信号がコンパレータ２８の
出力より信号Ｃとして得られる。

第３図に示すように、周囲と孤立した、微小な暗パター
ン３２や大きな矩形状の暗パターン３４中に孤立する微
小な明パターン３６のような変調度の小さな画像信号に
対し、正確な二値化を行うことができる。

ここで第３図に示される微小な明パターン３６が第５図
（ａ）に示す多値データであり、また微小な暗パターン
２７が第６図（ａ）に示す多値データであったとする。

まず第５図（ａ）の破線で囲んだ微小な明パターンの場
合について説明する。第５図（ａ）の微小な明パターン
を一定の閾値ニアで単純二値化した場合には、同図（ｂ
）に示すように、微小な明パターンの変調度が低いため
、微小パターンの情報は欠落してしまう。これに対し本
発明の周囲の平均値より閾値を決める場合には、第５図
（ａ）で破線で囲まれた微小画素ｒ３．２Ｊの閾値は以
下の通りである。

３の周囲１２画素を第２図に示すようにとれば、Ａ２＝
０．Ａ３＝０．Ａ４＝Ｏ，Ｂ１＝０゜Ｂ５＝Ｏ，Ｃ１＝
Ｏ，Ｃ３＝０．Ｄ１＝０゜Ｄ５＝Ｏ，Ｅ２＝Ｏ，Ｅ３＝
０．Ｅ４＝０となり、平均値は０である。

従って第４図のデータテーブルから閾値は２である。

次に２の周囲１２画素を第２図に示すようにとれば、 Ａ２＝０．Ａ３＝０．Ａ４＝０．Ｂ１＝０゜Ｂ５＝Ｏ，
Ｃ１＝１．Ｃ３＝０．ＤＩ＝Ｏ。

Ｄ５＝Ｏ，Ｅ２＝０．Ｅ３＝０．Ｅ４＝０となり、平均
値は０である。

従って第４図のデータテーブルから閾値は２である。

よって前記微小な明パターンｒ３，２Ｊの閾値はｒ２．
２Ｊとなり、二値化した結果はｒｌ、　　ＩＪとなり、
同図（Ｃ）に示すように、微小な明パターンの情報を欠
落することなく正確に二値化できる。

同様に、第６図（ａ）に破線で囲んで示す微小な暗パタ
ーン３６　ｒｌ２．ＩＩＪについても、同図（ｂ）の単
純二値化による微小な暗パターン情報が欠落するのに対
し、本発明の二値化によれば第６図（ａ）で点線で囲ま
れた２つの画素の左の画素、即ち値１２の画素の周囲１
２の画素を第２図に示すようにとれば、 Ａ２＝１５．　Ａ３＝１５．　Ａ４＝１５．　　Ｂ１＝
１５゜Ｂ５＝１５．　　Ｃ１＝１５．　　Ｃ３＝１５．
　Ｃ１＝１５゜Ｃ５＝１５．　　Ｅ２＝１５．　　Ｅ３
＝１５．　　Ｅ４＝１５となり平均値は１５である。

従って、第４図のデータテーブルにより閾値は１３であ
る。

次に右の画素、即ち値１１の画素の周囲１２の画素を第
２図に示すようにとれば、 Ａ２＝１５．　Ａ３＝１５．　Ａ４＝１５．　　Ｂ１＝
１５゜Ｂ５＝１５．Ｃ１＝１４．Ｃ５−１５，Ｃ１＝１
５゜０５＝１５．　　Ｅ２＝１５．　　Ｅ３＝１５．　
　Ｅ４＝１５となり平均値は１５である。

従って第４図のデータテーブルより閾値は１３である。

よって前記微小な暗パターンｒ１２．ＩＩＪの閾値はｒ
ｌ３，１３Ｊとなるので二値化出力ではｒｏ、ＯＪとな
り同図（Ｃ）のように、暗パターンを正確に二値化でき
る。

次に第３図の大きな矩形状の暗パターン３４の明暗エツ
ジ部に微小な突起となる暗パターン３４Ａが存在する場
合の二値化を説明する。第７図（ａ）は多値データであ
る。

第７図（ｂ）は閾値＝７で単純二値化した場合であり、
垂直なエツジに対し１画素の突起として二値化されてし
まい、本来３角形の形の突起も、単純二値化では突起の
頂点の１画素が消えている。

これに対し本発明の二値化では、突起頂点となる画素値
「８」の画素Ａの周囲の破線で囲んだ１２画素の平均値
は１０であり、第４図のデータ・テーブルから閾値を求
めると閾値＝１０となる。

この閾値＝１０で第７図（ａ）の画像データを二値化す
ると同図（Ｃ）の二値化データが得られ、突起の頂点の
画素値「８」の画素Ａは、二値化により「０」となるの
で、２画素分の高さをもった突起として捕えることがで
き、より正確な二値化を行うことができる。

尚、上記の実施例にあっては、着目画素を中心とした所
定半径の円に沿って並んだ１２画素の平均値から閾値を
算出しているが、平均値を算出する周囲画素の位置及び
数はこれに限定されず、画像の性質等に依存して適宜の
周囲画素を平均値の算出対象として任意に設定すること
ができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、明暗パターンのエ
ツジ部を正確に二値化すると共に、微小パターンについ
ても正確に二値化することができ、生成される二値画像
は極めて原画像に近い正確なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した実施例ブロック図； 第２図は本発明のランイド回路で生成される二次元ラン
イドと画素データを示した説明図；第３図は画像パター
ン、読取信号、閾値、二値化信号を示した本発明の動作
説明図； 第４図は本発明の閾値回路に設定するデータ・テーブル
の説明図； 第５図は本発明による微小間パターンの二値化説明図； 第６図は本発明による微小暗パターンの二値化説明図； 第７図は本発明によるエツジ上の微小突起に対する二値
化説明図； 第８図は従来装置における画像信号説明図；第９図は従
来りの二値化回路図； 第１０図は従来回路の信号説明図； 第１０図は従来回路の欠点を示した信号説明図である。 ［主要部分の符号の説明］ １８：ウィンドウ回路 ２０−１〜２０−４ニラインレジスタ ２２−１〜２２−５：直列レジスタ ２４：平均値回路 ２６：閾値回路 ２８：コンパレータ Ｗ：ウィンドウ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多値画像データを二値化する画像信号二値化装置
   に於いて、 入力した多値画像データをＮ×Ｎの二次元ウィンドウに
   配列し、該ウインド内の着目画素の多値データと、着目
   画素の周囲の複数画素の多値データを取り出すウィンド
   ウ回路と； 該ウィンドウ回路で取出された着目画素の周囲の複数画
   素の多値データの平均値を求める平均値回路と； 該平均値回路の平均値より閾値を算出する閾値回路と； 該閾値回路の閾値で前記着目画素の多値データを二値化
   するコンパレータと； を備えたことを特徴とする画像信号二値化装置。