JPH0519354B2

JPH0519354B2 -

Info

Publication number: JPH0519354B2
Application number: JP57231807A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Nakazato; Hirotaka Ootsuka; Hiroyoshi Tsucha; Hidehiko Kawakami; Kunio Sannomya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-12-24
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1993-03-16
Also published as: JPS59117860A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、写真等の階調画像を光電走査によつ
て読み取つた画信号の階調補正を行なう画信号処
理方法に関するものである。従来の構成とその問題点写真等の階調原稿を光電走査して得られた読取
画信号を処理する装置、例えば画像スキヤナ装置
や撮像装置にあつては、読取画信号を画像読取素
子や画像記録または表示素子の特性に整合させる
目的、および画像の品質を人為的に加工する目的
で種々の画信号処理回路を具備している。特に近
年の画像処理装置にあつては階調特性を人為的に
変換する機能を持つものが多い。第１図に従来の
画信号処理装置における読取画信号処理の処理、
特に階調変換に係る処理の流れを示す。第１図の
従来例にあつては、原稿の画像濃度の指数に反比
例する読取画信号v₁は、前置増幅器１により、定
められた範囲内で振幅が変化するように増幅され
た画信号v₂を生成する。画信号v₂は、階調を人為
的に直線移動させるレンジ増幅器２により画信号
v₃に変換させる。画信号v₃は人為的に階調を変換
させる階調変換器３により画信号v₄に変換され
る。操作卓４においては、人為的な階調変換を行
なうための制御信号を発生する機能を有し、レン
ジ増幅器２に対しては白レベル信号c₁と黒レベル
信号c₂を与え、第２図のような入出力特性で画信
号変換を施す。階調変換器３においては、入力画
信号v₃を適当な関数Ｆを用いて、出力画信号v₄に
対してv₄＝Ｆ（v₃）なる変換を施す機能を有し関
数Ｆを階調補正曲線と呼びその一例を第３図に示
す。操作卓４からは階調変換器３に対してハイラ
イトレベルc₃、ミドルトーンレベルc₄およびシヤ
ドウレベルc₅の各制御信号を与え、第３図のハイ
ライト領域５、ミドルトーン領域６およびシヤド
ウ領域７の各領域における直線８，９，１０の傾
斜を制御する。このような直線の傾斜を制御する
方式としては、増幅器の負荷抵抗や帰還抵抗を可
変する方式がよく用いられている。第３図の階調
補正曲線は直線８，９，１０から成る折線関数に
よつて関数Ｆが与えられていることを図示してい
るが、通常領域５，６，７の境界は予め定められ
た半固定的な値によつて区分されている。上記のような従来例では、階調変換器３にいお
いてハイライト、ミドルトーン、シヤドウの３領
域に入力画信号v₃のレベルを分割して信号変換処
理しているにすぎず、単純な階調補正曲線しか与
えることが出来ない。また人為的な階調補正曲線
を指示するに当つての原稿画像の濃度判断は人間
の視覚判断によつて行なわれるため、階調補正曲
線の関数Ｆを決める第３図の座標軸は濃度直線性
座標の方が人間工学的である。しかし第１図のよ
うな原稿画像の反射率比例な画信号の場合には、
第３図の座標軸は反射率直線性座標となり、原稿
画像の直感的判断での階調補正曲線の関数Ｆの設
定は困難で、通常こうした階調補正曲線の決定は
相当熟練を要する作業となつている。発明の目的本発明は、以上のような反射率比例な画信号に
対する階調変換処理における問題点を解決するた
めになされたもので、濃度座標軸を用いた階調補
正曲線を入力可能にするとともに、複雑な階調変
換も容易に処理可能な、信号処理方法を提供する
ことを目的とする。発明の構成この目的を達成するために本発明は、原稿画像
の反射光量に比例した画信号の振幅範囲を予め定
められたレベルに増幅してなる信号をデジタル変
換してデジタル入力画像信号を得、正規化入力濃
度対正規化出力濃度座標平面上に描いた階調補正
曲線上の複数の点の座標値ならびに白濃度と黒濃
度の値に基づいた階調変換曲線を示すデータを作
成しデジタル入力画信号を階調変換曲線を示すデ
ータによつて階調変換してデジタル出力画信号を
得る画信号処理装置に対して、階調変換曲線のデ
ータを作成する手順が、デジタル入力画信号をＮ
ビツト、最大デジタル出力画信号レベルをＭと
し、入力される白濃度および黒濃度の値をそれぞ
れD_W、D_Bとし、階調補正曲線上の複数の点P_oの
座標値を（x_o、y_o）としたとき（Ｎ、ｎは自然
数）、デジタル入力画信号x_iI対デジタル出力画信
号v_pI座標平面上の点P_o′の座標値（x_o′、y_o′）
を、 x₁′＝2^N−１／１−10^DW-DB｛１−10（^DW-DB）×xI｝ y₁′＝Ｍ×ｙただしＩ＝１〜ｎなる関係式より求め、前記デジタル入力画信号の
レベルv_iIを０から２−１まで順次更新しながら、
複数の点P_o′の座表値x_o′と比較して x_J′v_iIx_J+1′（Ｊ＝０〜ｎ）なるＪを求め、点
P_J′と点P_J′₊₁の間の直線を示す関数F_Jより、 v_pI＝F_I（v_iI）なる関数式より前記デジタル入力画信号v_iIに対す
る階調変換されたデジタル出力画信号v_pIを得る
ものである。実施例の説明まず、本発明を実現する装置について図面を用
いて説明する。第４図はその画信号処理装置の一実施例を示す
装置構成の概略図である。本実施例ではレンジ増
幅器２の出力画信号v₃はＡ／Ｄ変換器１１により
８ビツト並列なデジタル画信号v₅に変換される。
画信号の階調を変換処理するモードにおいては、
アドレスセレクタ１２によりデジタル画信号v₅は
階調変換メモリ１３のアドレス信号v₆に直続さ
れ、予め設定された階調補正曲線から得られた画
信号変換値が記憶されている256バイトの領域か
ら成る階調変換メモリ１３からのデータ読出しの
ためのアドレス信号として用いる、いわゆるメモ
リ参照方式によつて階調変換された８ビツト並列
なデジタル画信号v₇を出力する。このようにデジ
タル画信号と参照メモリによる階調変換器を構成
することにより、後述するように複雑な補正曲線
に応じたデータ変換を容易に行なうことができ
る。さて、従来例で指摘したように、反射率比例な
画信号処理経路に対しても濃度比例な座標系で階
調補正曲線を設定することが人間工学的である。
この場合、濃度比例な数値で階調補正曲線の関数
Ｆを設定可能にするために、座標変換演算をマイ
クロプロセツサを用いて行わせている。レンジ増
幅器２の出力画信号v₃は、白濃度（D_W）と黒濃
度（D_B）が与えられたとき、原稿画像の濃度を
D_Xとするとで表わされる。このような入力画信号に対しての
階調補正曲線の設定は、第５図のように、白濃度
（D_W）を０、黒濃度（D_B）を１とする。正規化入
力濃度座標軸（ｘ軸）と、出力の白地濃度を０と
し黒地濃度を１とする正規化出力濃度座標軸（ｙ
軸）の平面上で与えるのが最適である。正規化入
力座標軸上のｘは、原稿画像濃度D_Xと、ｘ＝（D_X−D_W）／（D_B−D_W）なる関係を有し、
したがつて入力画信号v₃の画信号レベルに対応す
る第５図のｘ軸上のx_cは第(1)式を用いて x_c＝１／D_B-DWlog〔１−v₃｛１−10^-(DB-DW）｝〕……(
2) より求まる。そして、この階調補正曲線は第５図のように複
数点P₁〜P_o（図ではP_o＝４まで）の折線関数で与
える。一方第４図の階調変換メモリ１３への８ビ
ツト並列なデジタル画信号v₅の０〜255の画信号
レベルに対応する８ビツト並列なデジタル画信号
v₇の信号レベル値を階調補正曲線より求めるため
にマイクロプロセツサ１４を用いている。第５図
の階調補正曲線上の複数点P₁〜P_oのｘ、ｙ座標
値、（x₁、y₁）、（y₂、y₂）、……（x_o、y_o）は操作
卓１５よりインターフエース１６を介してマイク
ロプロセツサ１４に入力し、マイクロプロセツサ
１４内の記憶域１７に順次記憶せしめる。またレ
ンジ増幅器２への白濃度（D_W）、黒濃度（D_B）の
値も操作卓１５よりマイクロプロセツサ１４内の
記憶域１８に記憶せしめ、かつ c₁＝10^-DW c₂＝10^-DB ……(3) なるデータ変換を施した後インタフエース１９を
介してレンジ増幅器２に白レベル信号c₁、黒レベ
ル信号c₂を伝達する。上記の階調補正曲線は正規化濃度座標系で与え
られているため、反射率比例なデジタル画信号v₅
の０〜255の各レベルに対応する変換処理後のデ
ジタル画信号v₇の画信号レベル値は、第５図の階
調補正曲線を第６図のように出力画信号レベル対
入力画信号レベルの座標軸平面上に変換した階調
変換曲線から求められねばならない。第６図の点
P₁′〜P₄′は、第５図中のP₁〜P₄に対応し、このよ
うな補正曲線を得る手順は、第６図のｘ軸上の任
意の座標点v_iよりv₃＝v_i／255を求め、第(2)式より
正規化入力濃度値x_cを得、第５図を用いて正規化
出力濃度y_cを折線関数によつて表わされた階調補
正曲線より演算し、さらにv_p＝255×y_cなる整数
化演算により求め第６図の座標軸平面に配置し階
調変換曲線を得る。上記のような演算を施すために、第７図の処理
の流れ図に従つて行ないマイクロプロセツサ１４
中の記憶域２０に一時格納する。第８図は第７図
の処理の流れ図で用いる記憶域１７，１８，２０
の各領域の配列例を示し、第８図ａは記憶域１７
の配列M₁（）を、ｂは記憶域１８の配列M₂
（）を、ｃは記憶域２０の配列M₃（）を例示
している。配列M₁（）は、第５図の入力座標点
P₁〜P_oの座標値の格納位置と点P_IとP_I+1間の直線
を表わすｙ＝u_o・ｘ＋W_oなる式の勾配u_oとｙ軸
切片W_Iの格納位置を例示し、ｎは入力された座
標点の箇数を示し、勾配u_oと切片W_Iを求める手
順は、第７図の処理の流れ図中の手順１に示す。
第７図の手順１につづく手順２では、第４図の階
調変換メモリ１３への入力画信号v₅の０〜255の
信号レベルv₁と第(2)式中の画信号レベルv₃の関係
はv₃＝v_i／255である事より、変位定数ΔK＝１／
255を用いて入力画信号レベルv₃の設定をした後
第５図中のｘ軸上の対応点x_cの正規化入力濃度を
求め、同図中のいずれの直線領域で階調補正曲線
を近似するかを検索し、手順１で計算された直線
近似式の勾配と切片の値を選択し、正規化出力濃
度y_cを得、さらに０〜255の範囲の整数化演算の
後第４図の記憶域２０に第８図ｃの配列M₃（）
のように階調変換データとして記憶させる。上記のような手順１、手順２で得られた階調変
換データは第４図のマイクロプロセツサ１４よ
り、インタフエース２１を介して階調変換メモリ
１３へ順次書き込む。第４図の制御信号c₆（以下、
制御信号、出力信号等のタイミング図を第９図に
示して説明する）は階調変換メモリ１３の読出
し、書込みモード切替信号で、書込みモード時に
はアドレスセレクタ１２をインタフエース２１か
らの計数パルスc₇を計数し０から255の値のアド
レス信号c₈を発生するアドレスカウンタ２２の出
力信号c₈を階調変換メモリ１３のアドレス線に接
続し、さらにＡ／Ｄ変換器１１のサンプリング用
タイミング発生器２３を休止状態に保持させる。
アドレスカウンタ２２は、モード切替信号c₆が書
込みモードに変化後の最初の計数パルスc₇で計数
値を０にし、マイクロプロセツサ１４の記憶域２
０から第８図ｃの配列M₃（）の順序に従い階調
変換データv_pIを１データずつインタフエース２
１を介してデータ線c₉に送出し、引続き信号線
c₁₀に階調変換メモリ１３への書込みクロツクを
送出する第７図に示した手順３を繰り返す。第７図に示す処理の流れを第１表のような演算
速度を有するマイクロプロセツサで処理した場
合、手順１は0.05秒、手順２は5.05秒の時間を必
要とする。手順３は256バイトの単なるデータ転
送であるため処理時間への影響は極めて少い。第
１表から明白なように、手順１、手順２で最も時
間を要する演算は、指数、対数演算で、特に手順
２では256回の対数演算を要する流れとなつてい
る。しかし、最近のような高速画像走査装置等にあ
つては上記のような階調補正曲線の演算処理のた
めの持ち時間は軽視できず更に高速な処理が望ま
れる。

【表】こうした目的を達成するための、本発明では、
第５図の入力指示された階調補正曲線から第６図
の階調変換曲線を得るに当つて、第７図の処理方
式と異なる、第１０図に示す処理方式とした。こ
の処理方式の原理は、第５図の階調補正曲線を規
定する複数点P₁〜P_oの座標のみを第６図の出力
画信号レベル対入力画信号レベル座標平面上に
P₁′〜P_o′点として配置し、点P_I′とP_I+1′間を直線
近似した直線群から成る折線関数を階調変換曲線
として用いようとするもので、第６図中の一点鎖
線がこれを表わしている。この処理方式では第６
図の点P₁′〜P₂′のように第７図の処理方式と比し
若干の誤差が発生する。しかし通常取扱う反射原
稿の画像濃度は黒濃度（D_B）が2.0程度で相隣る
入力点のｘ座標の示す濃度差（x_I+1−x_I）＋（D_B−
D_W）＜2.0／５以下であれば、上記の誤差は階調
変換に殆んど影響を与えることはない。第１０図の処理方式では、第４図のマイクロプ
ロセツサ１４内の装備した記憶域１７に係る配列
を第１１図の配列M₁（）のようにし、手順１′
において、 x′＝255／１−10_(DB-DW)｛１−10^-(DB-DW).xI｝……(4
) の関係式よりx_o′を求め配列M₁(I)の所定位置に記
憶させ、 u_I′＝255（y_I+1−y_I）／x_I+1′−x_I′ ……(5) の関係式よりu_o′を求め配列M₁′(I)の所定位置に
記憶させ、 w_I′＝255y_I−u_I′×x_I′ ……(6) の関係式よりw_o′を求め配列M₁(I)の所定位置に
記憶させる。第１０図の手順２′においては、第６図の入力
画信号レベルv_iの０〜255の値に対応して、いず
れの直線領域内にあるかを検索し、近似直線式の
勾配u_J′と切片w_J′を決定し v_pI＝u_J′＋u_i＋w_J′ ……(7) の関係式により、出力画信号レベルv_pIを求め第
８図の配列M₃(I)のv_pIに順次記憶させる。257個
の出力画信号レベルの演算後は第７図の手順３と
全く同様な手順で、第４図中のマイクロプロセツ
サ１４内の記憶域２０から256バイトの階調変換
データを階調変換メモリ１３へ転送する。このよ
うな第２の処理方式を用いることにより階調補正
曲線の入力点数ｎを20として1.2秒に短縮される。さらに第４図の構成を有する場合にはマイクロ
プロセツサ１４内の記憶域１７を磁気記録装置の
ような不揮発性の記憶域構成とすることにより、
第５図のような階調補正曲線を複数個用意してお
き、各曲線上の点P₁〜P_oの座標値の複数組のす
べてを一度操作卓１５よりマイクロプロセツサ１
４に入力すれば長期に保存出来、それぞれの階調
補正曲線に対する番号等の曲線照合のための符号
を操作卓１５より入力せしめ、既に保存されてい
る一組のP₁〜P_oの座標値を用いて第６図の階調
変換曲線を生成する手順を予めマイクロプロセツ
サ１４に装着せしめておくことも容易に可能とな
る。かかる構成の場合には、階調変換に係る操作
は、各入力原稿画像に係る白濃度（D_W）と黒濃
度（D_B）および階調補正曲線の照合選択記号を
入力するだけでよく操作が著しく簡便になる。発明の効果以上のような本発明を用いることにより、従来
作業者の直感や経験に依存し、かつ極めて粗い階
調補正曲線の指示を、正規化出力濃度対正規化入
力濃度座標軸平面に描いた任意の階調補正曲線上
の複数点の座標値を指示することにより、人間の
視覚特性に合致した画像の濃淡変換指示を可能に
する許りでなく、種々の階調補正曲線を示す座標
値を入力しておくだけで、入力画像の濃度抽出処
理や階段状濃度分割処理等を含めた極めて広汎な
階調変換処理を容易に達成することが可能となつ
た。たとえば、昨今のコンピユータグラフイツク
等に見られるように人為的な画像を高速に形成す
る際に特に効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の画信号処理装置における階調変
換部のブロツク図、第２図はレンジ増幅器の入出
力画信号特性図、第３図は従来の階調変換器の入
出力画信号特性図、第４図は本発明の画信号処理
方法に用いられる装置における階調変換部のブロ
ツク図、第５図は同操作卓より入力すべき階調補
正曲線の一例を示す図、第６図は第５図の階調変
換曲線より得られる階調変換曲線を示す図、第７
図は第５図の階調補正曲線を第６図の階調変換曲
線に変換する第１の処理方法を示す流れ図、第８
図ａ〜ｃは第７図の流れ図における記憶域の配列
例を示す図、第９図は第４図に基づく階調変換デ
ータの転送のためのタイミング図、第１０図は本
発明の画信号処理方法における階調補正曲線を階
調変換曲線に変換する処理方法を示す流れ図、第
１１図は第１０図の実施例における記憶域の配列
例を示す図である。１……前置増幅器、２……レンジ増幅器、３…
…階調変換器、４……操作卓、１１……Ａ／Ｄ変
換器、１２……アドレスセレクタ、１３……階調
変換メモリ、１４……マイクロプロセツサ、１５
……操作卓、１６，２１……インターフエース、
１７，１８，２０……記憶域、２２……アドレス
カウンタ、２３……タイミング発生器、v₁……入
力画信号、c₁……白濃度（D_W）、c₂……黒濃度
（D_B）c₃〜c₅……階調補正曲線の制御信号、v₅…
…デジタル画信号、v₈……アドレスデータ線、c₉
……階調変換データ線。

Claims

【特許請求の範囲】１原稿画像の反射光量に比例したアナログ読取
画信号の振幅を定められた振幅範囲で増幅する増
幅手段と、前記増幅手段の出力をデジタル入力画
信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
正規化入力濃度対正規化出力濃度の座標軸平面に
おける複数の点の座標値ならびに白濃度と黒濃度
を入力する入力手段と、前記入力手段に入力され
た前記座標値ならびに白濃度と黒濃度から階調補
正曲線を作成する階調補正曲線作成手段と、前記
階調補正曲線作成手段が作成した階調補正曲線か
ら出力画信号レベル対入力画信号レベルの座標軸
平面における階調変換曲線を作成する階調変換曲
線作成手段と、前記アナログ／デジタル変換手段
の出力であるデジタル入力画信号を前記階調変換
曲線作成手段の階調変換曲線に基づき階調変換す
る階調変換手段とを具備する画信号処理装置に対
して、前記階調変換曲線作成手段における階調変換曲
線のデータを作成する手順が、デジタル入力画信
号をＮビツト、最大デジタル出力画信号レベルを
Ｍとし、前記入力手段から入力される白濃度およ
び黒濃度の値をそれぞれD_W、D_Bとし、階調補正
曲線上の複数の点P_oの座標値を（x_o、y_o）とした
とき（Ｎ、ｎは自然数）、デジタル入力画信号v_iI
対デジタル出力画信号v_pI座標平面上の点P_o′の座
標軸（x_o′、y_o′）を x₁′＝2^N−１／１−10^DW-DB｛１−10（^DW-DB）×xI｝ y₁′＝Ｍ×y₁ （但し、＝１〜ｎ）なる関係式より求め、前記デジタル入力画信号の
レベルv_i1 を０から2^N−１まで順次更新しながら、複数の点
P_o′の座標値x_o′と比較してx_J′v_iIx_J+1′（Ｊ＝
０〜ｎ）なるＪを求め、点P_J′と点P_J+1′の間の直
線を示すF_Jより、 v_pI＝F_J（v_iI）なる関係式より前記デジタル入力画信号v_iIに対す
る階調変調されたデジタル出力画信号v_pIを得る
ものである画信号処理方法。