JPH07104926B2

JPH07104926B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JPH07104926B2
Application number: JP60189941A
Authority: JP
Inventors: 尚登河村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-08-30
Filing date: 1985-08-30
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPS6250977A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、入力した画像信号を所定のパターンを有する
パルス信号に応じて処理する画像処理装置に関する。

［従来の技術］従来から、中間調画調を含む画像を二値化する方法とし
て閾値マトリツクスを用いた例えばデイザ法、濃度パタ
ーン法がよく知られている。しかし、これらの方法で２
値化した場合、文字・線画に対しては切れぎれになり画
質が劣化するという欠点があつた。又、網点画像を２値
化した場合でも、網点と閾値マトリツクスとの周期的構
造のビートによりモアレ縞が生じ、著しく画質が劣化す
るという欠点があつた。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記従来例の欠点に鑑みてなされたもので、そ
のその目的は、一部にエッジ部分を有する入力画像信号
から高品位の再生画像出力を得る事にあり、又更なる目
的は例えば網点画像，文字画像，中間調画像等のいずれ
かを１つ以上含む原稿の画像を忠実に再生する画像処理
装置を提案する事にある。

［問題点を解決するための手段］上記課題を達成するための本発明の構成は、画素毎に複数ビットで表されたデジタル画像信号を入力
する入力手段と、前記デジタル画像信号によって表される画像の特徴を識
別する識別手段と、前記デジタル画像信号に対して高域強調を行なう高域強
調手段と、前記デジタル画像信号の所定画素数を一周期とし、その
一周期の内側に極値を有するパターン信号を発生するパ
ターン信号発生手段を有し、前記識別手段の出力に応じ
て前記高域強調手段により高域強調されたデジタル画像
信号と前記パターン信号とに従って処理されたパルス幅
変調信号を発生するパルス幅変調信号発生手段と、前記パルス幅変調信号に応じたライン毎の画像記録に同
期したライン同期信号を発生する同期信号発生手段と、前記同期信号に従う基準クロック信号を発生する基準ク
ロック発生手段とを具備し、前記パルス幅変調信号発生手段は、前記基準クロック信
号に同期した前記デジタル画像信号と前記基準クロック
信号に同期した前記パターン信号とに従ってパルス幅変
調信号を発生することを特徴とする。

［作用］上記構成の画像処理装置によれば、前記高域強調手段が入力画像の高域強調処理を行ってい
るので、例えば文字・線画に対して、より鮮鋭度が増
し、解像度が向上する。

また、パルス幅変調に使用されるパターン信号は「デジ
タル画像信号の所定画素数を一周期とし、その一周期の
内側に極値を有する」信号としましたので、そのパルス
幅は、一周期の始めからではなく、「一周期の内側」に
あるその「極値」位置から成長するようになります。従
って、再生された画像の空間周波数は一定となり、略連
続的なパルス幅変調が可能になっているので、例えば、
文字・線画に対する再生画像が従来のように切れ切れに
なることが防止される。

更に、前記パターン信号の一周期をデジタル画像信号の
例えば複数画素分の期間に設定しますと、パターン信号
の極値位置を中心にパルス幅変調信号を集中して発生さ
せることができ、階調性の優れた画像を再生することが
できる。

更に、本発明では、画像記録の各ライン毎に発生する同
期信号に従う基準クロック信号に同期したデジタル画像
信号を前記基準クロック信号に同期したパターン信号で
パルス幅変調処理を行っているので、パルス幅変調信号
の発生タイミングは全てのラインにおいて一致すること
になり、画像ブレのない優れた再生画像が得られる。

［実施例］以下、添付図面に従って本発明の実施例を詳細に説明す
る。

〈原理〉本発明の一実施例としての例えば第１図に示す実施例の
画像処理装置は、入力するデジタル画像信号1aの画調認
識を行う識別回路13と、デジタル画像信号1aを平滑化し
て平滑化画像信号50を出力する平滑化回路8b及び高域強
調する高域強調回路8aと、識別回路13の画調判断がエツ
ジ部に相当するとの判断であるときは高域強調された画
像信号56を二値化処理し、エツジ部以外に相当するとの
判断であるときは平滑化画像信号50を二値化処理する二
値化処理部51とを有する。

上記構成の下で、識別回路13は例えばバンドパスフイル
タであると、そのバンド幅にある画像信号から画調がエ
ツジであるか否かを判断でき、エツジ部以外の画像信号
である例えば中間調画像又は網点画に対しては、平滑化
後の画像信号50を二値化する事により、網点の周期性が
取除かれるので、モアレ等が生ずる事はなく、又エツジ
部に対しては高域強調した画像信号を二値化するのでそ
の鮮鋭度及び解像度が向上する。

以下、添付図面に従つて本発明の実施例を更に詳細に説
明する。

〈実施例の構成〉第１図は本実施例における画像処理装置の概略図を示す
ものである。図中、１はビデオデータ出力部であり、図
示されないCCDセンサやビデオカメラからの画像データ
をA/D変換し、濃度情報を持つた所定ビツト（本例では
６ビット）のデイジタル画像データ1aを出力する。この
デイジタル画像データ1aは一旦メモリ（不図示）にスト
アされていても構わないし、又通信等により外部機器か
ら入力しても良い。このデイジタルデータ出力部１から
の画像データ1aは図に示した様に６ビットの画像データ
であり、次段のバッファメモリ11へ入力する。バツフア
メモリ11は第２図に示される様に４つのラインメモリ11
a〜11dから構成されており、入力の画像データ1aはセレ
クタ15aにより１ラインが選ばれ、選ばれたラインメモ
リへ書込みを行なう。一方、書込みが行なわれていない
ラインメモリからは既に書込まれた画像信号がセレクタ
15bにより読み出され、画像信号16a,16b,16cとして出力
される。又、かかるラインメモリへの書込みは11a,11b,
11c,11dと順次行なわれ、結局出力画像信号16a〜16cは
連続した３ラインの画像データを出力する。又、ライン
メモリを４つ用意する事により、書込みと読出しが同時
に可能となる。

かかるラインメモリからの出力（16a,16b,16c）は後段
の高域強調回路8a及び平滑化回路8bへ入力される。これ
らの回路8a,8bで夫々高域強調又は平滑化された画像信
号56,50はセレクタ９に入力される。セレクタ９の選択
信号は識別回路13で得られたSELECT信号28である。識別
回路13の動作については後述する。

セレクタ９からの出力信号10はデイジタル−アナログ変
換器（D/A変換器）２によつて、アナログ量に変換さ
れ、その１つ１つの絵素が順次比較回路（コンパレー
タ）４の一方の端子に入力される。一方、パターン信号
発生器３からは、前記デイジタルデータの所定数の絵素
（画素）毎に１回の割合の周期で三角波パターン信号12
が発生され、コンパレータ４の他方の端子に入力する。

水平同期信号（HSYNC）発生回路５から各ライン毎に発
生する水平同期信号55に同期してオシレータ（マスタク
ロツク発生回路）６からのマスタクロツク52はタイミン
グ信号発生回路７によつて、例えば４分の１周期にカウ
ントダウンされ、画素クロツク11となり画像データの転
送クロツク及びD/A変換器２のラツチタイミングに使用
される。尚、水平同期信号は内部的に発生しても良い
し、外部から与えられるものであつても良い。又、本実
施例はレーザビームプリンタに適用したものであるの
で、水平同期信号は周知のビームデイテクト（BD）信号
に相当する。

〈PWMによる二値化処理〉コンパレータ４ではアナロク変換された画像信号53と三
角波パターン信号12のレベルとがコンパレートされ、パ
ルス幅変調されたPWM信号出力39が出力される。そして
このPWM信号出力39は、例えばレーザビームを変調する
ための変調回路（例えば第11図のレーザドライバ40）へ
入力される。そしてパルス幅に応じてレーザビームはオ
ン／オフされ、記録媒体（同じく感光ドラム45）上に中
間調画像が形成される。

第５図は第１図の装置の各部の信号波形を説明するため
の図である。第５図に沿って説明すると、マスタクロツ
ク52はオシレータ６の出力であり、BD信号は前述した水
平同期信号である。又、画素クロツク11はオシレータ６
のマスタクロツク52をタイミング信号発生回路７でカウ
ントダウンしたものである。即ち、画素クロツク11はタ
イミング信号発生回路７により水平同期信号と同期を取
り、マスタクロツク52を４分の１周期にカウントダウン
した信号である。スクリーンクロツク54はタイミング信
号発生回路７によつて得られた画素クロツク11をさらに
タイミング信号発生回路７の中で３分の１周期にカウン
トダウンして得られたもので、即ちスクリーンクロツク
54は３つの画素クロツク11に１回の長さの周期をもち、
BD信号に同期した信号となる。スクリーンクロツク54は
三角波パターン信号12の発生の為の同期信号であり、パ
ターン信号発生器３に入力される。又、デイジタルデー
タ10はデイジタルの画像データ（コードデータ）であ
り、ビデオデータ出力部１から出力された画像信号がそ
の画調（画像の特性或いは性質をいう）に応じて、高域
強調された画像信号56か又は平滑化後の画像信号50かの
いずれかが選ばれたものである。アナログビデオ信号53
はD/Aコンバータ２によりD/A変換された画像データを示
すものであり、図からわかる様に画素クロツク11に同期
してアナログレベルの各画素データが出力される。尚、
図に示される如くそのアナログレベルは上に行く程濃度
は高くなるものとする。

一方、パターン信号発生器３の出力である三角波12は第
５図の「コンパレータへの入力」の実線で示される様に
スクリーンクロツク54に同期して発生し、コンパレータ
４に入力される。同図の破線はD/A2によりアナログ化さ
れた画像データであり、コンパレータ４でパターン信号
発生器３からの三角波12とコンパレートされ、PWM出力
信号39に示すように、画像データはパルス幅変調された
二値化データとなる。

この様に本実施例における二値化処理は、デイジタル画
像データを一旦アナログ画像データに変換した後、所定
周期の三角波パルス12と比較することによりほぼ連続的
なパルス幅変調が可能となり、高階調の画像出力が得ら
れるものである。

又、本実施例によればパターン信号（例えば三角波）発
生の為の同期信号の周波数より高い周波数（例えば三角
波の12倍の周波数）のマスタクロツク52を用いて水平同
期信号55に同期したスクリーンクロツク54を形成してい
るので、パターン信号発生回路３から発生するパターン
信号（三角波）12の「ゆらぎ」（例えば１ライン目と２
ライン目のパターン信号のずれ）は本実施例ではパター
ン信号周期の12分の１となる。従つてゆらぎの少ないパ
ターン信号を用いて濃淡情報をほぼ無段階にパルス幅変
調しているので高品位の再生画像を得ることができる。

以上の様にして発生したパルス幅変調されたビデオ出力
はD/Aコンバータ２が入力６ビットのものであれば64レ
ベルのアナログ出力を得るので、64レベルのパルス幅変
調出力を得る。

〈画調識別〉次に識別回路13の詳細について述べる。第３図（ａ），
（ｂ）は識別回路に用いられるフイルタを示したもの
で、図の如く一時微分フイルタを用いる。周知の如く一
時微分フイルタは方向性があり、２次元方向の一次微分
量を検出するためには同図（ａ），（ｂ）の２つのフイ
ルタを結合する必要がある。かかる識別回路13の物理的
性質は画像のエツジ部分を検出することにある。

第４図（ａ）は、かかるフイルタ演算をハード的に行な
うための一部ブロツク図で、かかるブロックはセレクタ
15bからの出力信号16a,16b,16cを１画素クロツク遅延回
路20a〜20fを用いて、３×３のマトリツクスの各エレメ
ントに対応するタツプ17a〜17c,18a〜18c,19a〜19cを有
する構成をもつ。第４図（ｂ）〜（ｄ）に示された回路
ははかかるタツプからの出力から演算を行ない、一次微
分フイルタの出力をSELECT信号28として得るための構成
を示すものである。第４図（ｂ）の回路は、第３図
（ａ）に相当するマトリツクス演算を、第４図（ｃ）の
それは第３図（ｂ）に相当するマトリツクス演算を実行
する。図中、21a〜21d,22a,22bは加算器で、符号を考慮
して加算される。23a,23bはそれぞれのマトリツクス演
算の出力で第４図（ｄ）に示される絶対値回路（ABS）2
4a,24bへ入力し、加算器25で加算される。結果のデータ
は比較器26に於いて、基準データ27とデジタル信号とし
て比較されＸ＞Ｄの時１Ｘ≦Ｄの時０の出力を得る。但し、Ｘは前記演算結果のデータ、Ｄは
基準データである。又、select信号28が“1"である時は
画像信号の微分値が大なのであるからエツジ部であると
考えられる。

〈高域強調〉第６図は高域強調回路8aで行う処理を示す空間フイルタ
を示す。これは通常Laplacianフイルタと呼ばれるエツ
ジ強調用の空間フイルタである。かかるフイルタはハイ
パスフイルタの特性を持つ。第７図はかかる空間フイル
タ演算を行うためのハード回路のブロツク図で、第４図
（ａ）のタツプ回路からのタツプ出力を用いて行う。
（−１）の係数の４つの信号（18a,17b,19b,18c）は加
算器29で加算される。中心画素のデータ18bは乗算器30
で５倍される。両者は加算器31で減算され出力32を得
る。

〈平滑化処理〉次に平滑化回路8bの処理について説明する。平滑化回路
8bに於いては、第４図（ａ）の全タツプの出力が加算さ
れ平均化される。即ち、ｘ＝（1/9）Σxi なる平均出力ｘを求める。ここでxiは９つのタツプ出力
である。第８図にその回路図を示す。加算器40でタツプ
18a〜18cを加算し、加算器41で加算器40の出力とタツプ
29a（第４図（ｂ）の加算器21aの出力）とタツプ29b
（第４図（ｂ）の加算器21bの出力）との和をとつて、
除算ROM42で、平均値出力50を得るものである。

〈空間フイルタの特性〉以上３つの空間フイルタ（一次微分フイルタ、Laplacia
nフイルタ、平滑化フイルタ）の周波数特性は以下の通
りである。

Laplacianフイルタが一番高い空間周波数を拾う（ハ
イパスフイルタ）。高域強調に使う。

平滑化フイルタが最も低い周波数を通す（ローパスフ
イルタ）。画像信号の平均化に使う。

一次微分フイルタは両者の中間にある（バンドパスフ
イルタ）。画調認識に使う。

上記３つのフイルタの特性を第９図に示す。第９図の周
波数特性からもわかるように、バンドパスフイルタ（一
次微分フイルタ）を通過した信号の総数と所定の数との
大小関係が画調を表わすと考えられる。

第10図は各種原稿の空間周波数スペクトルを表わしたも
のである。一般に網点原稿は網点ピツチに対する鋭いピ
ークを周期的に持つ。

〈画調認識に応じた画像処理〉以上説明した事をまとめると、本実施例における画像処
理は：一次微分フイルタ（画調認識用）のピーク周波数は網
点をひろわないように設定されており、かかるフイルタ
の出力は画像の画調を決定し、いいかえれば文字等のエ
ツジ部分を判定する。

一次微分フイルタの出力が大である画像領域（文字等
のエツジ領域）に対しては、Laplacianフイルタ（高域
強調）出力を行い、エツジ部の鮮鋭度を強調する。

一次微分フイルタの出力が小の領域（中間調又は網点
領域）は平滑化フイルタを通す。

上記画像処理の手法が第１図に示された画像処理装置に
合致する事は言うまでもない。以上の処理により次の結
果を得る。

網点画像は平滑化される。つまり、網点の周期性は取
除かれる。

文字線画に対してはエツジを強調する。より鮮鋭度が
増し、解像度が向上する。

写真画像に対しては平滑化と強調がエツジの有無によ
り行われる。従って、写真の中間調部分は自然さを失わ
ない。

以上の処理をした結果が第１図のセレクタ９からの出力
10となる。この為網点原稿に対してはその周期性が取除
かれているので、PWM変調におけるスクリーンクロツク5
4とのビートが発生する事なく、従ってモアレ縞は発生
ぜず、文字線画に対しては切れ切れになる事はない。

〈プリンタ出力〉第11図は本実施例の信号処理結果をレーザビームプリン
タへ適用した例を示す。前述のPWM出力信号39はレーザ
ドライバ40を変調し、半導体レーザ41をパルス幅変調し
光らせる。半導体レーザ41の出射光ビームはコリメータ
レンズ42によりコリメートされ、回転多面鏡43により光
偏向を受け、ｆθレンズ44により感光ドラム45上を走査
する。感光ドラム上に作られた光の像は静電潜像を形成
し、通常の複写機のプロセスで画像出力を行なう。

〈実施例の効果〉以上の様にして本実施例においては、原稿の品質によら
ず高画質に出力できるものである。特に、エツジ部分に
対しては解像度が向上する。

更に、64レベルのパルス幅変調出力を行なうため識別及
び平滑化フイルタの作用が十分に反映される。このた
め、比較的小さなマトリツクスサイズでハードウエア化
が可能である。

尚、上記の実施例はPWM変調による二値化処理を有する
画像処理装置を例にして説明したが、従来のデイザ方等
による二値化処理に適用できる事は言うまでもない。

又更に、３×３のマトリツクスで実施例を示したが、こ
れはそれ以上のマトリツクスサイズ、例えば５×5,7×
７に於いても十分実施可能であり、更にパターン信号発
生回路３からの出力パターンも三角波に限らず、正弦
波、鋸歯状波等でも同様である。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、種々の画調の画像
を画像処理して再生しても、高品位の再生画像が得ら
れ、例えば再生画像において解像度劣化，モアレの発生
又は中間調の喪失等の画像劣化を防ぐ事ができる。

具体的には、パルス幅変調に使用されるパターン信号は
「所定画素数を一周期とし、その一周期の内側に極値を
有する」信号であるので、そのパルス幅は、一周期の始
めからではなく「一周期の内側」にあるその「極値」位
置から成長するようになり、そのために、再生された画
像の空間周波数は一定となり、略連続的なパルス幅変調
が可能になる。例えば、文字・線画に対する再生画像が
従来のように切れ切れになることが防止される。

更に、前記パターン信号の一周期をデジタル画像信号の
所定画素数の期間としているので、例えば複数画素分の
期間に設定すると、パターン信号の極値位置を中心にパ
ルス幅変調信号を集中して発生させることができ、階調
性の優れた画像を再生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の基本構成を示す図、第２図はバツフアメモリの構成を示す図、第３図（ａ），（ｂ）は夫々一次元微分フイルタのマト
リツクス構成図、第４図（ａ）〜（ｄ）は識別回路を構成するブロツク回
路図、第５図はパルス幅変調の動作の説明するタイミングチヤ
ート、第６図は高域強調のための空間フイルタのマトリツクス
構成図、第７図は第６図の空間フイルタを実現する回路ブロック
図、第８図は平滑化回路のブロツク回路図、第９図は各空間フイルタの周波数特性図、第10図は各種画像の区間周波数特性図、第11図はレーザビームプリンタを例とした場合の２値画
像の出力を説明する図である。図中、１……ビデオデータ出力部、２……D/A変換器、３……
パターン信号発生器、４……コンパレータ、５……水平
同期信号発生回路、６……オシレータ、７……タイミン
グ信号発生回路、8a……高域強調回路、8b……平滑化回
路、9,15a,15b……セレクタ、11……バッファメモリ、1
1a〜11d……ラインメモリ、13……識別回路、20a〜20f
……一画素遅延回路、21a〜21d,22a,22b,25,29,31,36,3
7……加算器、30……乗算器、30…乗算器、38……除算R
OM、39……PWM出力信号、40……レーザドライバ、41…
…半導体レーザ、42……コリメータレンズ、43……回転
多面鏡、44……ｆθレンズ、45……感光ドラム、50……
平滑化画像データ、51……二値化処理部、52……マスタ
クロツク、53……アナログ画像データ、54……スクリー
ンクロツク、55……BD信号、56……高域強調された画像
データである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 1/40 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素毎に複数ビットで表されたデジタル画
像信号を入力する入力手段と、前記デジタル画像信号によって表される画像の特徴を識
別する識別手段と、前記デジタル画像信号に対して高域強調を行なう高域強
調手段と、前記デジタル画像信号の所定画素数を一周期とし、その
一周期の内側に極値を有するパターン信号を発生するパ
ターン信号発生手段を有し、前記識別手段の出力に応じ
て前記高域強調手段により高域強調されたデジタル画像
信号と前記パターン信号とに従って処理されたパルス幅
変調信号を発生するパルス幅変調信号発生手段と、前記パルス幅変調信号に応じたライン毎の画像記録に同
期したライン同期信号を発生する同期信号発生手段と、前記同期信号に従う基準クロック信号を発生する基準ク
ロック発生手段とを具備し、前記パルス幅変調信号発生
手段は、前記基準クロック信号に同期した前記デジタル
画像信号と前記基準クロック信号に同期した前記パター
ン信号とに従ってパルス幅変調信号を発生することを特
徴とする画像処理装置。