JPH05227438A

JPH05227438A - グレーレベル量子化方法及び装置

Info

Publication number: JPH05227438A
Application number: JP4236957A
Authority: JP
Inventors: Mohsen Ghaderi; ガーデリモーゼン
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1993-09-03
Also published as: EP0531923A2; EP0531923A3

Abstract

(57)【要約】【目的】解像度レベルを維持しつつコントラストを向
上させる。【構成】画像処理システム１０の量子化器２２が画像
全体を走査する際に、ある一定の切捨てレベル未満の入
力データ全部の平均値にほぼ等しくなるよう、大ざっぱ
にバックグラウンドレベルを決める。量子化器２２はそ
の値を最低の量子化閾値として使う。量子化器２２は、
ある種の変動に基づく基準に従い、画像中で最も興味深
い画素の値の範囲の中心にほぼ等しいと同定された値を
使って残りの量子化閾値を決める。この方法ではテキス
トタイプの画像に望ましいコントラストが得られる一
方、システムの解像力は、最も価値のある情報が存在し
ている領域に向けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像処理に関するもので
あり、特に、テクスチャルで同一性の高い画像用の画像
処理システムその他に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機その他の画像入力機器は、アナロ
グ書面を走査しディジタル信号を生成する。このディジ
タル信号は、画素（ピクセル）の値を表す。画素は、複
写システムによって取り扱われる原画像を構成する。多
くのアプリケーションにおいては、原画像はテクスチャ
ルタイプである。すなわち、多くのアプリケーションに
おいては画像は文字、数字、線描画であり、このような
場合には原画像情報は完全に黒及び白レベルによって表
されている。初期的には、どの様な情報もグレーによっ
て伝えられはしない。

【０００３】しかしながら、多くの理由によって、グレ
ーを扱う画像プロセスが一般に必要とされる。その理由
の一つとしては、各画像毎に照明環境が異なることがあ
り、他の一つとしては、複写等の繰り返しがある。複写
等の繰り返しは、他の部分よりも明るい「黒」領域等を
発生させる。加えて、グレーレベルの使用は、「ぎざぎ
ざ（jaggies ）」を見えにくくさせる。この「ぎざぎ
ざ」は、走査プロセスが空間的に不連続な性質を持って
いる結果生じるものである。画像を単純に黒と白により
記録した場合、すなわち１画素当り１ビットで記録した
場合、これら諸要因によって、見易さが容認できないほ
ど損なわれる可能性がある。従って、多くの場合、画像
をグレースケール（多ビット）で表現することが必要と
される。

【０００４】このため、見易さを維持しながら、１画素
当りビット数を減らす努力が払われてきた。例えば、米
国特許第４，８５３，９６９号（ウェイドマン）に開示
さている適応量子化技術は、初期データキャプチャにお
ける高強度解像度表現（highintensity resolution rep
resentation）を記憶又は処理に用いるべく低減させ
る。この低減は、装置費用の低減や装置スピードの向上
につながる。ウェイドマンの方法は、１画素当りのビッ
ト数を減少させる際、ある固定個数の量子化閾値を適応
させることにより実効解像度をかなりの程度保持してい
る。量子化閾値の適応化は、量子化プロセスにおいて量
子化すべき入力値に基づき、隣接する量子化閾値により
定まるサブレンジを適応させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特に、入力値が隣接し
た量子化の閾値間にある場合、ウェイドマンの方法で
は、一般にそれらの閾値がお互いにより近づくように動
く。この現象の一般的な影響としては、入力範囲のある
部分に実際には入力値が存在するにもかかわらず、この
部分に係る複数の量子化閾値が束になり他方で他の量子
化閾値との間隔があくというバンチアップという傾向の
発生がある。異なる入力値が１画素当り少ビット数出力
に分解される可能性は、従って、量子化閾値が均等間隔
となる可能性に較べ非常に大きい。しかしながら、同時
に、このような方法は、テキストタイプの画像に普通望
まれ、また他の種類の画像でも望ましい、コントラスト
を損なう傾向がある。

【０００６】発明者は、適応量子化法及びこれを実行す
る装置を開発した。それは、入力範囲のうち最も重要な
部分範囲で解像度のレベルを保ち、各種画像で必要とさ
れる高いコントラストを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明におい
ては、画像源を走査することにより画像源画像のなまの
バージョンを表現するなまの画素値を発生させ、生の画
素値に画像処理を施すことによって処理画素値を発生さ
せ、得られた処理画素値を適切な媒体に記憶させあるい
は得られた画素値に係る画像を画面に表示する画像処理
法が改善される。すなわち、一又はそれ以上の処理ステ
ップの組によって構成され、各処理ステップが、少なく
とも他の一のバージョン、たとえば走査プロセスの結果
であるなまのバージョンや、他の処理ステップの一つに
よって作り出された他のバージョンの画像における対応
画素値を表す関連画素値入力を処理することによって、
あるバージョンの画像を表現する関連画素値出力を生成
する画像処理法が改善される。

【０００８】本発明によれば、画像処理には量子化ステ
ップが含まれる。量子化ステップにおいては、各画素は
それぞれあるバージョンの画像の他の画素値から求めら
れたバックグラウンドレンジを有している。各量子化レ
ベルはバックグラウンドレンジ外で確立され、画素値出
力は、このように確立された量子化レベルの組に従い関
連画素値を量子化することによって生成される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の上述の特徴及び利点並びに他
の特徴及び利点を、添付した図面に基づき説明する。

【００１０】本発明の実施のために採用される典型的な
構成の画像処理システム１０は、記憶装置１２又は画面
１４に対し出力データを供給する。この出力データは、
画像源から得られた画像を表している。ここでいう画像
源とは、例えば、光源１８で照らされスキャナ２０によ
り走査されるマイクロフィルム１６であり、走査によっ
て、走査画像を表すなまの画素値が得られる。本発明の
利益は各種画像について得られる。図示した実施例で
は、テクスチャル画像、特に白地に黒い文字の画像が処
理対象として予定されており、この画像では、小さい画
素値が明るい領域を、大きい画素値が暗い領域を、それ
ぞれ表している。

【００１１】このシステムにおける画像処理は、多くの
処理ステップを採用している。各処理ステップは、スキ
ャナによって得られるなまのバージョンの画像及び／又
は他の処理ステップによって得られる一又はそれ以上の
他のバージョンの画像を入力し、画像の修正バージョン
を出力する。本発明の顕著な特徴は量子化器２２に組み
込まれている。それは、一般に、適応型フィルタ２４等
の他の画像処理要素に縦続した状態で使用される。量子
化器２２の後段には、通常、他の要素が縦続する。ただ
し、これらの他の画像処理要素必ずしも必要ではない。
図示した実施例では、量子化器２２は、適応型フィルタ
２４の出力を、スキャナ２０のなまの出力に基づき決定
したパラメタに基づき量子化する。

【００１２】量子化器２２は、通常、１画素当りＭビッ
ト（Ｍは比較的大きい）で表現された画素値を受け取
り、１画素当りＮビット（Ｎは比較的小さい）で表現さ
れた対応画素値に変換する。その際、量子化器２２は、
少なくとも量子化閾値及び量子化サブレンジを内部的に
決定する。連続した量子化閾値の各組は量子化サブレン
ジを決定し、与えられたサブレンジの中に入力値が含ま
れる画素は、すべて、同じ出力画素値に割り当てられ
る。すなわち、量子化レベルＴ_iのシーケンスが、与え
られた場合、Ｔ_i-1＜Ｔ_i＜Ｔ_i+1であるとすると、入
力画素値がＴ_i-1とＴ_iの間にある画素の出力値はｉと
なる。

【００１３】本発明においては、量子化器の全入力レン
ジは、バックグラウンドレンジと信号レンジに分割され
る。これらは、処理すべき画像バージョンに係る入力画
素値に基づき決定される境界値により区画される。量子
化閾値は信号レンジを占めるように選ばれる。信号レン
ジは、テキストタイプ画像では一般に文字によって占め
られる。また、量子化閾値はバックグラウンドレンジ外
の外側に選ばれる。バックグラウンドレンジは、量子化
閾値によって決定されるサブレンジの一つを占めるに過
ぎない。

【００１４】バックグラウンドレンジの決定法は重要で
はない。しかし、発明者は、それを選ぶよい方法を見い
出した。その方法とは、バックグラウンドレンジの基礎
となる画像バージョンの平均値を、あるいは少なくとも
画素値を与える数系列によって許される所定部分レンジ
を占める画素値の平均値を、バックグラウンドと信号レ
ンジの閾値として大まかに求める方法である。

【００１５】量子化をワンパス法によって実行する場
合、すなわち、平均値を決定するために画像中の第１パ
スを実行することが通常不可能であり従って実際の量子
化のために第２のパスを実行することが不可能であるよ
う、入力データの受領と同時に多少の出力値が発生する
量子化を実行する場合、使用されるバックグラウンドレ
ベルは、単一のパスに沿った画像処理の進行に応じて変
化し、局所平均値に応じて増加又は減少する。図示され
た実施例はそのような試みの一例である。

【００１６】発明のいくつかの実施例では、量子化閾値
レンジの両端は適応的に設定される。すなわち一端はバ
ックグラウンドレンジに従って、他端は画像の画素値の
他の性質に従って、設定される。信号レンジのデータか
らレベルを決定する方法は重要ではないと考えられる
が、発明者は、特に有益な変動基礎法（variation-base
d method）を提案する。

【００１７】図示した実施例での閾値シーケンスは、画
像に依存する３個のパラメタ、すなわちＢＣＫ＿ＬＥＶ
ＥＬ、ＩＭＧ及びＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲによって決定され
る。これらのパラメタを画像から決定する方法を、以下
に詳細に説明する。

【００１８】これらのパラメタを決定する際、最も低い
閾値をＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬに等しく設定する。これより
低い入力値は全て、出力値ゼロに割り当てられる。以下
に説明するように、ＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬは、通常、量子
化の対象となる、ある典型的な画像のバックグラウンド
レベルよりの少しだけ上の値となるよう、定められる。

【００１９】同様に、ＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲよりも大きい
全ての入力値は同じ値、すなわち最大値２^N−１に設定
される。中間的な量子化閾値は幾通りもの方法で決定す
ることができる。上述したウェイドマンの特許に説明さ
れている方法はその一つである。もう一つの方法は、Ｂ
ＣＫ＿ＬＥＶＥＬとＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲの間の範囲を残
り２^N−３個の量子化閾値を等間隔で配置して単純に２
^N−２個の等幅のサブレンジに分割する方法である。図
示された実施例で用いられているもう一つの方法は、Ｂ
ＣＫ＿ＬＥＶＥＬとＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲの間のその範囲
を２個の部分に分割する方法である。２個の部分のうち
低い方の部分はＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬとＩＭＧの間の、上
の方の部分はＩＭＧとＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲとの間の範囲
である。ＩＭＧは、以下に述べるように、画像中の「興
味深い」場所、例えば文字の端等にある画素によって仮
定される中央値に選ばれる。量子化閾値を各部分に半分
ずつおき、これらを各部分毎に均等間隔で配置すること
により、低い方の部分のサブレンジがすべて同じ大きさ
になり、大きい方の部分のサブレンジもすべて同じ大き
さとなる。しかし、２個の部分のうち一方のサブレンジ
は他方のそれと一般的には同じ大きさにならない。

【００２０】以下の説明は、出力の１画素当りビット数
が、入力の１画素当りビット数と等しいか、一つだけ少
ない場合にはこの一般的手法から離れる。

【００２１】ここに、量子化操作が１画素当りビット数
を減らすことを必要条件としないことがわかる。すなわ
ち、入力データにより内部的に採用された量子化閾値と
は異なる量子化閾値をおくことは、たとえ入力値と出力
値とが等しい１画素当りビット数で表現されていても、
入力値とは異なる出力値を発生させていたことであろ
う、という点は正しく認識されるだろう。このように、
量子化は、一般的にも、本発明に応用されている場合に
も、必ずしも１画素当りビット数の減少を意味しない。
説明が進むに連れて明らかになるが、読みやすさの点で
の本発明の有用性は、１画素当りビット数の減少がない
様なアプリケーションでさえも、もたらされるであろ
う。

【００２２】出力の１画素当りビット数が、入力の１画
素当りビット数と等しいか、１だけ違う場合は、ＢＣＫ
＿ＬＥＶＥＬより上の信号レンジを等しいサブレンジに
分けることが好ましい。出力の１画素当りビット数が入
力の１画素当りビット数に等しい場合、例えば、出力の
値Ｐ_Oを入力の値Ｐ_iから下記の式に従って計算する。
この式は、信号レンジ中に等間隔配置された量子化閾値
を効果的に決定する。Ｐ_O＝ｔｒｕｎｃ［｛（２^M−１）（Ｐ_i−ＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ）｝／（２^M−１−ＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ）］（１）ここで、ｔｒｕｎｃ（ｘ）は切捨てであり、ｘより小さ
い最大の整数を求める関数である。出力の１画素当りビ
ット数が入力のそれより１少ない場合には、Ｐ_O＝ｔｒｕｎｃ［｛（２^M−１）（Ｐ_i−ＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ）｝／｛（２）（２^M−１−ＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ）｝］（２）を用いる。

【００２３】一般的な方法からの唯一の例外は、縮退が
生じ１画素当りの出力ビット数が１になった場合に生じ
る。その場合には、ＩＭＧを唯一の量子化閾値として用
いる。

【００２４】次に、パラメタＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ、ＩＭ
Ｇ、ＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲを決める方法を説明する。パラ
メタを導き出すもとになる画素値は、量子化閾値と比較
されるものと同じバージョンの画像から、例えば図示し
た実施例では適応型フィルタ２４により生成される画像
バージョンから、引き出すことが可能である。しかしこ
れは必要ではない。上に述べたように、図示した実施例
は、パラメタＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ、ＩＭＧ、ＵＰＰＥＲ
＿ＴＨＲを、フィルタ２４により生成されたバージョン
からではなく、むしろ、スキャナ２０により生成された
なまのバージョンから導いている。

【００２５】これらのパラメタを決定する際に、初めに
いくつかの中間的な値を計算し、パラメタを更新するた
めに用いる。各画素２６（図２）に対して、量子化器２
２は、２個ウインドウ、すなわち大きいウインドウ２８
及び小さいウインドウ３０を決める。大きいウインドウ
２８は隣接範囲を示すもので、その中で、平均隣接レベ
ルＭ_a及びアクティビティレベルＭ_bが計算あれる。ア
クティビティレベルＭ_bは変動の尺度である。内側のウ
インドウ３０には、以下に述べるある種のテストを実行
する前に、ローパスフィルタによるノイズ除去を施す。
なお、ウインドウの大きさと形は例に過ぎない。画素２
６は両方のウインドウの中心にあるように見えるが、一
般的にはその通りなのだが、むしろこのように中心にあ
ることは本発明の実施に当たって全く重要ではない。

【００２６】量子化閾値決定パラメタを更新するための
操作は、以下の説明では、フローチャートの形で描かれ
ている。フローチャートは、汎用プロセッサ用プログラ
ムを書く際、普通に採用される。本発明では、この操作
を、単一のプログラムに制御されるプロセッサで実現し
ている。このような手法においては、もちろん、画像が
普通に操作される速度で、すなわちリアルタイムベース
で更新を行うことは全く困難である。しかし、これらの
ステップは、当業者であれば、リアルタイムベース処理
が可能な専用ハードウェアでは容易に実行できるもので
あることを認識できる。この理由から、以下の説明で
は、画像処理がワンパスベースで行われるような方法で
の更新を提案した。すなわち、各画素について完全なウ
インドウに係るデータを得ることが出来るシステムを得
るため、数走査線遅延を実行しているが、完全な画像に
係るデータを得るための第１パスをパラメタを計算する
ために実行し計算されたそれらのパラメタを基準にデー
タを処理すべく第２パスに戻る必要はない。

【００２７】リアルタイムシステムにおいては、量子化
器はひとたびウインドウの遅れが起きると出力画素値を
生成し始める。量子化器は、各画素タイム毎に入力値を
決められた閾値と比べ、上述した方法の結果を用いて出
力を生成する。量子化器はまた、いくつかの中間的な値
を計算し調整し、その値は、他の全ての走査線毎に、Ｂ
ＣＫ＿ＬＥＶＥＬとＩＭＧとＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲの値を
更新して、次の２本の走査線に用いる新しい閾値を決め
るために使用される。

【００２８】図３は、各画素タイム毎に実行されるルー
チンの一部を描いている。ルーチンのこの部分の一般的
な目的は３個の中間的な値ＢＣＫ＿ＴＨＲ、ＨＣＨＡ
Ｒ、ＬＣＨＡＲを調整することであり、これらの値は、
走査線２本の端毎に、ＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ、ＩＭＧ、Ｕ
ＰＰＥＲ＿ＴＨＲの新しい値をもたらすために用いられ
る。

【００２９】画像の始まりで、図３のルーチンはＢＣＫ
＿ＴＨＲ、ＨＣＨＡＲ、ＬＣＨＡＲをそれぞれ、０、１
２８、２００という値に初期化し、ＢＣＫ＿ＬＥＶＥ
Ｌ、ＩＭＧ、ＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲのそれぞれの値、０、
１８０、２２０に従って閾値を決める。すなわち、図示
されている実施例が最初の走査線で採用している量子化
閾値は入力値に依存しない。このことは発明に必要な性
質ではない。他の実施例では、例えば２回パス操作又は
出力画素値の発生開始前に捕捉した数本の走査線から初
期値を計算する方法を用いるか、全くのはじめから入力
に依存するパラメタを採用することも有り得る。しかし
普通は、初めの数行の外見は重要でない、そこで、図示
した実施例では、第１の走査線の量子化レベルを任意に
割り当てている。

【００３０】ステップ３２の後、図３は、通常のフロー
チャートの慣習から逸脱して並列に起こるルーチンの二
つの部分を描いている。一つの部分は決定ステップ３４
に始まり中間的な値ＢＣＫ＿ＴＨＲを発達させ、これか
ら、バックグラウンドレンジと信号レンジを決めるパラ
メタＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬを得るために用いられる。

【００３１】ＢＣＫ＿ＴＨＲの決定は、各々の大きなウ
インドウ２８中のなまの画素値の平均Ｍ_aに基づいてい
る。ルーチンのこの部分の結果として、ＢＣＫ＿ＴＨＲ
は、これらの局所的平均値の平均に近づいていく傾向が
ある。しかし図示した実施例では、その値が入力レンジ
の暗い方で予め決められた値よりも小さい場合にのみ、
局所的平均値Ｍ_aはＢＣＫ＿ＴＨＲに影響する。特に、
図示した実施例は８ビット入力用であり、その範囲は０
から２５５までであり、ＢＣＫ＿ＴＨＲの計算は、Ｍ_a
値が２０５未満であるような十分に明るい領域にある画
素のみに基づいている。これがステップ３４の目的であ
り、これによって、ＢＣＫ＿ＴＨＲの調整ステップはＭ
_aが２０５以上であるときには迂回される。

【００３２】他方、Ｍ_aが２０５未満である場合には、
ルーチンはステップ３６に進む。ここでは、考慮中の画
素が走査線中で初めの画素かどうかを判断する。もしそ
うなら、ＢＣＫ＿ＴＨＲは、ブロック３８が示している
ように、単純にＭ_aに等しく設定される。そうでなけれ
ば、ＢＣＫ＿ＴＨＲはブロック４０に示されているよう
に、Ｍ_aと比較され、次にＢＣＫ＿ＴＨＲは、ブロック
４２とブロック４４が示しているように、Ｍ_a値に近づ
くように上か下かに調整される。調整の増分１／Ｋは大
きい方のウインドウの幅の逆数である、すなわち、可能
性のある入力値の２５６単位の幅からＢＣＫ＿ＴＨＲを
１単位変えるためにはＫ回の画素タイムが必要とされ
る。

【００３３】図３の他の部分のルーチンは決定４６から
始まる。これは、それに基づいてＩＭＧを決める二つの
中間的な値ＨＣＨＡＲとＬＣＨＡＲを決定するために使
われる。もう一つの量子化レベルを決めるパラメタＵＰ
ＰＥＲ＿ＴＨＲ、はＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬとＩＭＧの両方
に基づいて決定される。ＨＣＨＡＲとＬＣＨＡＲはそれ
ぞれ、画素値の最高値及び最低値であり、現在走査して
いる走査線が遭遇したなまの画素値であって、信号レン
ジ内にあり、画像の興味深い部分に属していることを示
すある基準を満たしている。ある画素が興味深いかどう
かは、ステップ４６で決められる。その際、２個のテス
トが適用される。第一のテストは、小ウインドウの平均
Ｍ_bが大ウインドウの平均Ｍ_aを上回るかどうかの判断
である。第２のテストは、大ウインドウ内の変動が一般
的なバックグラウンドの変動レベルを上回るかどうかの
判断である。

【００３４】特に、アクティビティレベルＭ_dは、大き
いウインドウ２８の中でのなまの画素値の変動の尺度で
ある。もちろん、アクティビティレベルＭ_dを、隣接平
均Ｍ_aと同じウインドウについて計算することは必要な
いが、発明者は、両方に同じウインドウを使うことが便
利であることを見い出した。あらゆる変動の尺度をこの
目的に使用することが出来るが、一般的なものは標準偏
差である。しかし、計算時間を考慮した場合、変動の尺
度として平均偏差の絶対値の平均を使うことが望まし
い。図示した実施例においては、言い替えると、が用いられる。ここでＰ_ijはｉ番目の行のｊ番目の画素
のなまのバージョンの値であり、Ｋは大きいウインドウ
の幅であり、Ｌは大きいウインドウの高さであり、Ｍ_w
はアクティビティレベルを計算しているウインドウ中の
平均レベルであり（図示した実施例ではＭ_aに等し
い）、このウインドウの左上の隅の画素はｙ番目の列の
ｘ番目の画素である。

【００３５】この値は、一般的なバックグラウンドのア
クティビティレベルＭＤ＿ＴＨＲと比較される。ＭＤ＿
ＴＨＲは、その画像のなまのバージョン全体について変
動を計算することから得られるアクティビティレベル値
に近くなるような方法で、計算される。もちろん、画像
全体について計算した値に厳密に等しい値は、ワンパス
法では得られない。しかしＭＤ＿ＴＨＲを決めるために
図５に描かれている方法を用いることによって、良い代
替物が得られる。もしフィルタ２４が、本願と同日付の
米国特許出願「空間的に異なるフィルタの方法と装置」
に記載されているような種類のものであれば、ＭＤ＿Ｔ
ＨＲはフィルタ２４から得ることができる。

【００３６】図５のルーチンの全ての試みは、アクティ
ビティ閾値ＭＤ＿ＴＨＲの一つの値を、走査線の初めか
ら終わりまで維持し、しかし各々の走査線の終わりで、
中間的な変動を示す値ＩＭＧ＿ＭＤに従って更新する。
線を走査している間に、ルーチンは、その画像のある低
空間頻度領域での平均の変動として同定したレベルＰＲ
ＥＶ＿ＭＤを上回る画素値の画素のウインドウ中の変動
の平均に近くなるように、ＩＭＧ＿ＭＤの値を変化させ
る。

【００３７】各々の画像の初めで、図５のルーチンはア
クティビティ閾値ＭＤ＿ＴＨＲを、ルーチン中で使われ
る３個の変数ＩＭＧ＿ＭＤ，ＰＲＥＶ＿ＭＤ，ＢＧＭ
Ｄと同様に、ブロック４７に示されているように初期化
する。図示した実施例では、８ビットの解像度で０〜２
５５の範囲の画素値があるが、私は初期化の値として３
個のこれらの変数全てについて８を用いた。しかしこの
値は全く重要ではない。

【００３８】図３及び図４と同様、図５も並列に行われ
る二つの部分のルーチンを描いてある点で、通常のフロ
ーチャートの習慣から逸脱している。一つの部分は下に
述べるように、決定ブロック４８で始まる。これに対
し、もう一方の部分は、低頻度領域における平均のアク
ティビティレベル（すなわち、変動）を決めるために採
用されたもので、もう一つの決定ブロック５０で始ま
る。ＭＤ＿ＴＨＲと同様に、ＰＲＥＶ＿ＭＤは各走査線
の終わりでのみ更新される。その間に、これから更新さ
れる仮の値ＢＧ＿ＭＤが、図５のルーチンのブロック５
０で始まる部分によって調整される。

【００３９】このブロックの目的は低空間頻度領域にも
っともありそうな画素を同定することである。この目的
のためにブロック５０は、Ｍ_aとＭ_b、すなわち大きい
ウインドウと小さいウインドウの平均が等しいという基
準を採用している。考慮中の画素がこの基準に合致する
場合、ＢＧ＿ＭＤは、その特定の画素の大きいウインド
ウの中のアクティビティレベルＭ_dに幾らか近づくよう
に上げるか下げるかして調整される。特に、決定ブロッ
ク５０によって表されるステップが、ＢＧ＿ＭＤはＭ_d
より大きいと判断した場合、ＢＧ＿ＭＤはブロック５４
によって表されるステップで１／１００だけ減らされ
る、すなわちステップ５４はＢＧ＿ＭＤを画素値の解像
度で１単位だけ変えるためには１００回に達しなければ
ならない。ＢＧ＿ＭＤがＭ_dを越えない場合、ブロック
５６に示されるステップによって、１／１００増やされ
る。

【００４０】このようなＢＧ＿ＭＤの調整は、ブロック
５０の基準に合う画素すべてについて行われる。各走査
線の終わりで、平均の定頻度領域のアクティビティレベ
ルＰＲＥＶ＿ＭＤがブロック５８に示されるように、Ｂ
Ｇ＿ＭＤに等しく更新される。

【００４１】このＰＲＥＶ＿ＭＤ値は、もう一方の並行
するルーチンの、ブロック４８によって表される第一の
ステップで使われる。特にブロック４８の決定ステップ
は現在の画素のアクティビティレベルＭ_dを、低頻度領
域のアクティビティレベルＰＲＥＶ＿ＭＤと較べる。そ
の低頻度領域のアクティビティレベルに少なくとも等し
くなければ、その場合は、現在の画素のウインドウ内の
変動の値は、アクティビティ閾値ＭＤ＿ＴＨＲに影響す
るように使われることはない。そうでなければ、それに
よってアクティビティレベルの閾値ＭＤ＿ＴＨＲが更新
される、変数ＩＭＧ＿ＭＤの仮の値は、ブロック６０，
６２，６６に示されるように、現在の画素のウインドウ
内の変動に近づくように少し上げるか下げるかして調整
する。

【００４２】次に、ブロック６８の決定によって決めら
れるように、走査線の終わりに到達した場合アクティビ
ティ閾値ＭＤ＿ＴＨＲはブロック７０の式に従って調整
される。そのブロックが示すようにアクティビティ閾値
ＭＤ＿ＴＨＲは、各走査線の終わりで、その前の値から
半分の道のりで現在のＩＭＧ＿ＭＤの値に本質的に調整
される。式中「＋１」で表されるバイアスは、この計算
で使われる精度の限られた計算能力の結果生じる人為産
物を克服するためにのみ使われる。

【００４３】決定ブロック４６（図３）によって強要さ
れる基準の組合せは、興味深い、すなわち文字の端の画
素を同定するためのものである。画素の値がこれらの基
準に合う場合だけ、また、そのフィルタに掛けられた値
Ｍ_bが、さらに信号レンジにはいる場合だけ、それによ
って量子化閾値が決まるＩＭＧ値が最終的に影響を受け
る。フィルタされた画素値Ｍ_bがさらに信号レンジに入
ることが必要とされることはブロック７２によって示さ
れるテストによって要請される。Ｍ_bが信号レンジに入
っていれば、その値はＬＣＨＡＲと比較され、Ｍ_bがＬ
ＣＨＡＲ未満であれば下方に調整される。すなわち、Ｌ
ＣＨＡＲは現在の走査線で今までに遭遇した一番値の小
さい興味深い画素の（フィルタされた）値を記憶してい
る。ブロック７４と７６は、このＬＣＨＡＲの更新を表
している。

【００４４】フィルタされた現在の画素値Ｍ_bがバック
グラウンドレンジを越えているかどうかに関わりなく、
Ｍ_bは、ブロック７８によって表されるテストにかけら
れ、そこで、ＨＣＨＡＲと比較される。フィルタされた
値Ｍ_bがＨＣＨＡＲより大きければ、その時はＨＣＨＡ
Ｒはブロック８０に示される値だけ増やされる。すなわ
ち、ＨＣＨＡＲは現在の走査線で今までに遭遇した最も
大きな値の「興味深い」画素の記憶である。ＨＣＨＡＲ
は上に動くので、たとえルーチンがテスト７２の結果に
関係なくステップ７８と８０に到達しても、ＨＣＨＡＲ
は信号レンジの中に収まるのである。

【００４５】上で述べたように、走査線の間で決定され
た値は、閾値決定パラメタをどちらか一方の走査線の終
わりで更新するために使われる。従って、ルーチンは、
ブロック８２によって示されるように、走査線中の最後
の画素に到達したかという決定によって分岐する。もし
到達していなければ、ルーチンはループ状に戻り次の画
素のために前のステップを実行する。しかし、走査線の
終わりでは、ルーチンは図４に描かれた部分に進む。

【００４６】最初の走査線の終わりで、ルーチンはブロ
ック８４によって表される決定でステップ８６に分岐す
るが、ここで二つの中間的なパラメタＰＲＥＶ＿ＨＣＨ
ＡＲとＰＲＥＶ＿ＬＣＨＡＲが、それぞれＨＣＨＡＲと
ＬＣＨＡＲに設定される。さらにＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ
は、１６０か、図に描かれているようにＢＣＫ＿ＴＨＲ
か、またはもっと手の込んだ実施例ではＢＣＫ＿ＬＥＶ
ＥＬに加算する乗ずるかするユーザー定義定数のうち小
さい方の値に設定される。ルーチンは次にステップ８８
に進み、ここで他の二つの量子化閾値決定パラメタＩＭ
ＧとＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲを計算する。特にＩＭＧは１９
１か、ＰＲＥＶ＿ＨＣＨＡＲとＰＲＥＶ＿ＬＣＨＡＲの
平均の小さい方の値に等しい。同様にＵＰＰＥＲ＿ＴＨ
Ｒは２２２かＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ＋ＩＭＧのどちらか小
さい方に等しい。

【００４７】これら３個の値が決まると、ルーチンは下
に述べる目的でステップ９０でトグルフラッグを初期状
態に戻し、ブロック９２によって表されるステップに進
むが、ここでは全ての閾値が前に述べた方法に従って設
定される。それらの閾値は次に適応型フィルタ２４の出
力の中の次の２本の走査線の画素値に対して採用され
る。同時に、ＨＣＨＡＲとＬＣＨＡＲの値はそれぞれ初
期値１２８と２００に初期化される。

【００４８】最初の線を除く全ての線の終わりで、ブロ
ック８４のテストの、負の結果はルーチンをブロック９
４によって表されるステップに向け、そこでは前に述べ
たトグルフラッグがテストされる。図解した実施例で
は、閾値は走査線２本毎にだけ最適化され、フラッグが
現在の走査線が奇数の線か偶数の線かを示している。フ
ラッグの値がゼロである場合、ステップ９６で１に設定
され、ルーチンは図３のステップに戻り次の走査線の最
初の画素を処理する。フラッグの値がすでに１である場
合は、しかし、ルーチンはＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬ、ＰＲＥ
Ｖ＿ＨＣＨＡＲ、ＰＲＥＶ＿ＬＣＨＡＲを図４が並列で
起こると、示しているステップで更新する。

【００４９】特に、ブロック９８，１００，１０２は、
中間的なパラメタＢＣＫ＿ＴＨＲが前のＢＣＫ＿ＬＥＶ
ＥＬより大きいか小さいかによって量子化閾値決定パラ
メタＢＣＫＬＲＶＥＬが１ずつ増えるか減るかを表し
ている。ブロック１０４，１０６，１０８はＨＣＨＡＲ
の値に基づくＰＲＥＶ＿ＨＣＨＡＲの同様の更新の実行
を表し、ブロック１１０，１１２，１１４はＰＲＥＶ＿
ＬＣＨＡＲのＬＣＨＡＲの値に従う同様の調整を表して
いる。他の２個の量子化閾値決定パラメタＩＭＧ，ＵＰ
ＰＥＲ＿ＴＨＲは次にステップ８８で計算され、フラッ
グステップ９０で初期状態に戻され、ステップ９２で前
と同じに閾値が再計算される。ルーチンは次に前と同じ
に戻り、次の走査線の処理を始める。

【００５０】いま、簡単に図３と図４のルーチンの効果
について振り返る。バックグラウンドと信号レンジの間
の境界ＢＣＫ＿ＬＥＶＥＬは、走査線から走査線へと、
８ビット入力の解像度に可能な値の明るい方のおよそ８
０％以内に入るなまのバージョンの画素値の全ての平均
に向かう傾向がある。典型的なテキスト画像のほとんど
がバックグラウンドで出来ていることから、結果として
生ずる値は１であり、これは特に、可能な値のうち暗い
方の２０％を考慮することから消去されることによって
もたらされるバイアスを用いると、平均のバックグラウ
ンドレベルに非常に近い。結果として生ずる値は次に最
も低い量子化閾値として用いられる。その結果、文字の
一部ではない画像の大部分は、入力の重要な範囲によっ
て表されるとしても、一つの出力値で表される。このこ
とがコントラストを最大にし、バックグラウンド領域、
つまり興味深くない領域で出力の解像度の重要な部分を
無駄にすることを避けるている。

【００５１】同様に、ＰＲＥＶ＿ＨＣＨＡＲとＰＲＥＶ
＿ＬＣＨＡＲの値は走査線から走査線へとゆっくり変化
し、変動とＭ_a−Ｍ_bの基準が興味深いことを同定した
画素の平均の高いＭ_bと低いＭ_bの値に向かう傾向があ
る。ＩＭＧ値は、これら２個の値の算術平均だが、上に
述べたような方法で次に量子化閾値の中心として使われ
る。これは、最も興味深いと同定された値を越えてい
る。この方法では、図示した実施例はその使用可能な解
像度を最も興味深い領域に集中させることが可能であ
る。

【００５２】もちろん、図示した実施例は本発明に採用
されうる方法の一例であるに過ぎない。原則として、例
えば、ステップ３６，３８，４０，４２，４４によって
更新されるＢＣＫ＿ＴＨＲは大ウインドウの平均Ｍ_aで
はなく、むしろ小ウインドウの平均Ｍ_bに基礎をおくこ
とも可能であり、それどころか、個々の画素の値に基礎
をおくことさえ可能である。さらに、私はステップ３４
によって強要される基礎の種類が用いられる場合に結果
が好ましいものになる傾向があることを見いだしたが、
そのような基礎は必要とされず、それが用いられる場合
は私が用いるのと違った値であってもよい結果をもたら
すだろう。

【００５３】また、本発明のコントラストの利点の多く
は、信号レンジ内の量子化閾値を、私がパラメタＩＭＧ
やＵＰＰＥＲ＿ＴＨＲに基づいて値を割り当てることに
よって行ったようには制限しなくても、得ることができ
る。むしろこれは、出力の１画素当りビット数が、入力
の１画素当りビット数と等しい場合に向けて始めた試み
なのである。

【００５４】従って、本発明の技術を広い範囲の実施例
に組み込むことができることは明白である。本発明は、
従ってこの技術における著しい進歩を構成している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る画像処理システムのブ
ロック図である。

【図２】この画像処理システムに採用されるウインドウ
を示す図である。

【図３】本実施例に係り、本発明が基礎とする量子化レ
ベル決定に係る所定のパラメタを決定する処理のフロー
チャートである。

【図４】図３のフローチャートの続きである。

【図５】本実施例に係り、バックグラウンド変動レベル
を決定する方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０画像処理システム１２記憶装置１４ディスプレイ１８光源２０スキャナ２２量子化器２４適応型フィルタ２６画素２８，３０ウインドウ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像源を走査することにより画像源画像
のなまのバージョンを表現するなまの画素値を発生させ
るステップと、なまの画素値に画像処理を施すことによ
り処理された画素値を発生させるステップと、処理され
た画素値を適切な媒体に記憶させあるいは得られている
画像を画面に表示するステップと、を有し、前記画像処
理が、少なくとも一種類以上の処理ステップの組を有
し、各処理ステップが、画像の少なくとも一以上のバー
ジョンにおける対応画素値を表す関連画素値入力を処理
することにより画素のあるバージョンに係る関連画素値
出力を生成する画像処理方法において、処理ステップのうち一が、Ａ）画像のあるバージョンにおける他の画素の画素値に
基づき、複数の画素についてバックグラウンドレンジを
求めるステップと、Ｂ）バックグラウンドレンジ外において一組の量子化レ
ベルを決定するステップと、Ｃ）このように決定された一組の量子化レベルに従って
画素値入力を量子化し、これにより画素値出力を発生さ
せるステップと、を有する量子化ステップであることを特徴とする方法。
【請求項２】請求項１記載の方法において、バックグ
ラウンドレンジが、バックグラウンドレベルの一方の側
のすべての値を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】請求項２記載の方法において、量子化レ
ベルを決定するステップが、変動閾値を決定するステッ
プと、画素の変動ウインドウを決定するステップと、画
像のあるバージョンにおけるウインドウ内での画素値変
動を各画素について計算するステップと、画像のあるバ
ージョン内にありこのようにして計算されたウインドウ
変動が変動閾値を越える画素の画素値とバックグラウン
ドレベルの関数として量子化レベルを決定するステップ
と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】請求項２又は３記載の方法において、量
子化レベルを決定するステップが、各画素についてその
画素を含む局所的ウインドウを決めるステップと、各画
素について、その局所的ウインドウ及びその局所的なウ
インドウ内にない画素を含む隣接ウインドウを決めるス
テップと、隣接ウインドウ及び局所的ウインドウそれぞ
れ画素値の平均値を計算して隣接ウインドウ平均値及び
局所的ウインドウ平均値を求めるステップと、画像のあ
るバージョン内にあり隣接ウインドウ平均値が局所的ウ
インドウ平均値より小さい画素の画素値とバックグラウ
ンドレベルの関数として量子化レベルを決定するステッ
プと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】画像源を走査することにより画像源画像
のなまのバージョンを表すなまの画素値を発生させる手
段と、なまの画素値に画像処理を施すことにより処理さ
れた画素値を発生させる手段と、処理された画素値を適
切な媒体に記憶させあるいは得られている画像を画面に
表示するステップと、を有し、処理された画素値を発生
させる手段が、少なくとも一種類以上の処理回路の組を
有し、各処理回路が、画像の少なくとも一以上のバージ
ョンにおける対応画素値を表す関連画素値入力を処理す
ることにより画素のあるバージョンに係る関連画素値出
力を生成する画像源画像記録装置において、処理回路のうち一が、Ａ）ある与えられた画像のあるバージョンにおける他の
画素の入力画素値に基づき、当該与えられた画像中の複
数の画素についてバックグラウンドレンジを求める手段
と、Ｂ）バックグラウンドレンジ外において一組の量子化レ
ベルを決定する手段と、Ｃ）このように決定された一組の量子化レベルに従って
画素値入力を量子化し、これにより画素値出力を発生さ
せる手段と、を有する量子化回路であることを特徴とする装置。
【請求項６】請求項５記載の装置において、バックグ
ラウンドレンジが、バックグラウンドレベルの一方の側
のすべての値を含むことを特徴とする装置。
【請求項７】請求項６記載の装置において、量子化レ
ベルを決定する手段が、変動閾値を決定する手段と、画
素の変動ウインドウを決定する手段と、画像のあるバー
ジョンにおけるウインドウ内での画素値変動を各画素に
ついて計算する手段と、画像のあるバージョン内にあり
このようにして計算されたウインドウ変動が変動閾値を
越える画素の画素値とバックグラウンドレベルの関数と
して量子化レベルを決定する手段と、を含むことを特徴
とする装置。
【請求項８】請求項６又は７記載の装置において、量
子化レベルを決定する手段が、各画素についてその画素
を含む局所的ウインドウを決める手段と、各画素につい
て、その局所的ウインドウ及びその局所的なウインドウ
内にない画素を含む隣接ウインドウを決める手段と、隣
接ウインドウ及び局所的ウインドウそれぞれ画素値の平
均値を計算して隣接ウインドウ平均値及び局所的ウイン
ドウ平均値を求める手段と、画像のあるバージョン内に
あり隣接ウインドウ平均値が局所的ウインドウ平均値よ
り小さい画素の画素値とバックグラウンドレベルの関数
として量子化レベルを決定する手段と、を含むことを特
徴とする装置。