JPH0815310B2

JPH0815310B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JPH0815310B2
Application number: JP59188141A
Authority: JP
Inventors: 尚登河村; 正吉田; 克人出井; 良信三田; 有二西垣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-09-10
Filing date: 1984-09-10
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPS6166472A

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明はデイジタル画像処理に関するものである。

［従来技術］一般にCCDラインセンサにより原画像を読み取り、レ
ーザビームプリンタにて出力するデイジタル複写装置は
高速性、高画質性等のため広く普及しつつある。かかる
装置に於て、入力減画像は連続階調を持った写真（以後
写真と呼ぶ）、文字や線画（以後線画と呼ぶ）、及び網
点によって構成された印刷物（以後網点写真と呼ぶ）等
が混在したものが多い。

電子写真をベースとしたレーザビームプリンタに於
て、ドツト集中型のデイザマトリツクス閾値による出力
方式（以後網点化と呼ぶ）が優れた中間調表現である事
はよく知られている。かかる手法に於て、線御と写真の
混在画像を網点化すると、写真の部分では滑らかな中間
調表現が行われるが、線画では網点化によりきれぎれに
なる。特に漢字の様な複雑なものでは判読すら困難とな
る。

これはデイザマトリクス閾値により２値化した時の1.
0の境界が画後の輪郭部と必ずしも一致しないためと考
えられる。

上記解像度劣化を改善するために、画像の輪郭情報を
有する画像信号の高域に対して強調をかける事が提案さ
れているが、それは電子計算機のソフトウエアの支援に
よるものであつた。又、網点写真を入力すると、網点自
体が非常に強い周期性を持つためデイザマトリクスによ
る再網点を行なうと原画の網点の周期性とデザイマトリ
クスによる周期性とが干渉し相互のビートが生じ所謂モ
アレ縞が現れる。その結果、出力画質の品位を著しく低
下させ、レーザビームプリンタとしての高画質性を十分
発揮出来ない。

［目的］本発明はかかる問題点を解決するために提案されたも
ので、多値画像信号に対して所定の平滑化処理及び輪郭
強調処理を行なうことにより、原画の種類に依存しない
で、画質の良好な画像を得ることができる画像処理装置
を提案することを目的とする。

［実施例］（第１実施例）以下、本発明の実施例に基づき詳述する。

まず、本発明を適用する画像記録装置の概略構成の例
を第１図に示す。図示の構成例においては、半導体レー
ザ11からの画像信号により変調した光ビームをコリメー
トレンズ10を介し、回転多面鏡12に入射させて偏向さ
せ、その偏向光ビームを結像レンズ13により感光ドラム
３上に結像させてその感光層を走査させる。その光ビー
ム走査に際し、ライン走査の先端に配置したミラー14か
らの反射光を光検出器15により検出してライン走査の同
期信号を形成する。

第２図は本発明を適用する画像入力装置の概略を示す
ものである。図示の構成例に於ては、光源22で照明され
た原稿21をレンズ23によりCCDラインセンサ24上に結像
させ、その出力信号を得る。CCDラインセンサ24の方向
が主走査方向である。原稿21に対するCCDラインセンサ2
4の相対移動により副走査を行い２次元的画像出力を得
る。

第３図は画像入力装置から得られた画像信号の信号処
理系を示すブロツクダイヤグラムである。CCDラインセ
ンサ30からのアナログ画像信号をアナログ−LOG変換回
路31により濃度変換する。かかる信号は次にA/Dコンバ
ータ32により６〜８ビツトのデジタル信号に変換され、
次のシエーデイング補正回路33により加減算シエーテイ
ング補正される。かかる信号処理は予め白板のシエーデ
イングデータをRAMに記憶しておき得られた画像データ
からこのシエーデイングを減ずる事により行われる。

次にスムージング回路34により主走査方向のスムージ
ングを行い、エツジ強調回路35によりエツジ部が強調さ
れγ変換回路36によりγ変換されデイザ回路37によりデ
イザ閾値の比較され２値化（又は多値化）され出力され
る。

第４図はスムージングのための一行のフイルタ行列で
ある。一次元スムージングの原理は主走査方向の連続し
た画素に対して空間フイルタをたたみ込む（コンボリユ
ーシヨン）事によつて行われる。

第４図（Ａ）が連続する３画素に対して、第４図
（Ｂ）は連続する２画素に対してスムージングを施す場
合である。第４図（Ａ）のフイルタの場合を例にとると
一次元コンボリユーシヨンはとなる。但しｐは画像データ、ａは重み係数で第４図
（Ａ）の場合はa_j＝1/3、ｉは主走査方向の画素番号で
ある。

かかる一次元のコンボリユーシヨンの物理的意味は、
入力画像が網点写真の場合、一次元コンボリユーシヨン
によるスムージングを行う事により網点をボカし、モア
レの発生を抑圧する事である。

コンボリユーシヨンを主走査方向（つまりCCDライン
センサ24の長手方向）への一次元で行う理由は通常、副
走査方向はCCDラインセンサ24が移動する事により行わ
れるので見かけ上ラインセンサの開口関数（アパチヤー
関数）が大きくなりMTF（MODULATION TRANSFER FUNCTIO
N）が低下する事、及び漢字の明朝体の様に横線が縦線
より細かい場合に主走査方向が漢字の横線と一致したス
ムージングを二次元的に行うと横線のレベルが低下しす
ぎてしまう事があるからである。

第５図は第４図（Ａ）に示された連続した３画素に対
してスムージングを施す場合のスムージング回路の詳細
図である。

スムージング回路への入力信号41は一画素遅延回路42
a,42b,42cに入力し、遅延回路42a,42b,42cは前後の２画
素の合わせて同時に３画素の信号を出力する（図中のＺ
は遅延回路の１要素を表す。以下同じ）。出力データは
加算器43にて加算され割算回路44により1/3され出力信
号45を得る。

個々の遅延回路は、通常のＤ型フリツプフロツプを２
個組み合わせることにより容易に実現出来る。加算器43
は２入力加算器を２個組み合わせる事により実現出来
る。

割り算回路44は通常の除算器にても構成できるが、被
除数の最大値が限られている事に着目してROMを用いて
入力データをROMの入力アドレスに（例えば16階調の画
像データであるならばROMのアドレスラインは最大６ラ
インで足りる）、結果をROMの出力データとなる様に構
成すれば回路構成も簡単な割に高速な除算器を構成でき
る。

以上の様にして構成されたスムージング回路による効
果は第１に高い線数の網点写真によるモアレ縞を抑圧す
る効果があることであり、第２に次段のエツジ強調回路
での前処理としての効果がある。即ちエツジを強調でエ
ツジを強調する時、誤つてノイズも強調される事を防ぐ
ためである。

第６図はエツジ強調用の５×５のフイルタマトリクス
の図で通常ラプラシアンとよばれる。第７図（Ａ），
（Ｂ）はかかるラプラシアンを画像信号へ施すための回
路のブロツク図である。

第７図（Ａ）中のラインメモリ60a乃至60fの各々は主
走査方向１ライン分の長さの階調に応じた深さを持つて
いる。又、第６図のラプラシアンは５×５のマトリクス
であるので最大６のラインメモリで足りるのである。

まずスムージング処理後のデータ45は、セレクタ50に
よりラインメモリ60a乃至60fの１つが選ばれ、主走査方
向の１ライン分のデータがラインメモリへ書き込まれ
る。書き込み順序は１画素ずつ順番に１つのラインメモ
リ内に書かれ、１ラインの走査が終わると次のラインメ
モリへ書き込まれる。従つて、例えばその順序は60a→6
0b→60c→60d→60e→60f→60a……となる。

ラインメモリからのデータの取り出しはセレクタ51を
通して行われる。今、第６図の行列の要素をｂとすれ
ば、変換後の各画素はと表わせる。又、第６図の０でない行列要素b_ijはb₁₃＝
−1,b₃₁＝−1,b₃₃＝5,b₃₅＝−1,b₅₃＝−１のみであるか
らラインメモリから画素を取り出して計算する時は全画
素を取り出して計算する必要はなくb₁₃,b₃₁,b₃₃,b₃₅,b
₅₃に対応する画素のみを取り出せばよい。

例えばラインメモリ60aを書き込み中にはラインメモ
リ60b,60d,60fのデータを取り出し、ラインメモリ60bを
書き込み中の場合にはラインメモリ60c,60e,60aのデー
タを取り出す。このようにすれば回路構成の大規模を妨
げる。

さらにセレクタ51はラインメモリ60a乃至60f内の同一
列の画素を同時に３つ取り出し、取り出されたデータは
２画素遅延回路52a,52b,52c,52dに於て２画素分遅延さ
れたデータ53a,53b,53x,53c,53dとして出力される。こ
れらの遅延された画素が、前述のb₁₃,b₃₁,b₃₅,b₅₃に対
応する画素である事は容易に分かる。

従つて、第６図のラプラシアンを施す事は第７図
（Ｂ）に示された回路に入力された53a,53b,53c,53x,53
dの各入力に対して加減算を施す事に一致する。つまり
入力53xが乗算器58にて４倍され、加減算器55にてその
積から53a,53b,53c,53dがそれぞれ減算される。

加減算器55の出力は加算器56に入力される。一方53x
は乗算器54によつてα倍され、加算器56に入力される。
今、α＝１とすれば結局乗算器54,58により中心画素は
５倍された事になるから第６図のラプラシアンを施した
事となる。

本実施例においては、第６図に示されたラプラシアン
のように中心画素に対して５倍の強調をかけた。しか
し、第７図（Ｂ）で示されているように乗算器54の乗数
αを変化させる事によつてエツジ強調の度合つまり尖鋭
化の程度を変化しうる。

第７図（Ｂ）の回路は次のようにして作成できる。加
減算器55,56は通常の加算器にて構成できる。乗算器58
は４倍するのみであるから遅延回路52bにおいて上位へ
２ビツトシフトアツプする事によつて代用できる。

乗算器54はスムージング回路の割り算器と同様、ROM
で実現出来る。即ち、入力データ53xをROMの下位の入力
アドレス信号とし、倍率αをROMの上位の入力アドレス
信号とし、ROMの出力データを乗算結果として用いれば
よい。

例えば、富士通株式会社製のMB7142Hなる双極型のPRO
M（プログラム可能なリードオンリメモリ）を用いる
と、このPROMは4Kx8ビツトのメモリ容量があり、入力ア
ドレスとして12本あるので上位４本のアドレスをαに割
りあてると、53xに対しては下位の８本を割りあてる事
ができる。従つて、αとして16（＝2⁴）通りの異なつた
エツジ強調の大きさを実現できる。又、53xは８ビツト
あれば最大256階調表現できるので使用上十分である。

第８図は第５図，第７図（Ａ），（Ｂ）に示された空
間フイルタの周波数応答図である。横軸は空間周波数、
縦軸はMTF値を示している。図中62は原画像データ、63
はスムージング処理によるMTF値、64はエツジ強調によ
るMTF値を示している。

スムージングによりモアレ周波数（図中矢印で示す）
を抑圧し、エツジ強調により比較的低周波域を高める。

このエツジ強調周波数は16pel/mmの解像度の場合は明
視距離位置から見た時に十分な尖鋭さを表現できる。

第14図はかかるスムージングとエツジ強調の一次元周
波数特性を示したものである。図中、180は２画素スム
ージング、181は３画素スムージング、182は前述のエツ
ジ強調（第６図の5x5のフイルター）による周波数特性
を示している。

図からも解るように、エツジ強調にて強調する中心周
波数は今の場合4pel/mmで、スムージングによる第１の
０点の周波数（最初に０になる周波数）は、180の場合8
pel/mm、181の場合は5.3pel/mmである。従つてスムージ
ングにより減少させようとする周波数（４又は５・3pel
/mm）はエツジ強調で高めようとする周波数（4pel/mm）
より高い周波数となつている。

これはエツジ強調をするマトリクスサイズ（又はデイ
メンション）がスムージングをしようとする一次元フイ
ルターのサイズよりも大きい異から生ずる。この様にエ
ツジ強調のマトリクスサイズがスムージングの一次元フ
イルターサイズよりも大きくする目的はスムージングに
よる文字等の解像度の劣化を避けるためあまり大きなス
ムージングを施こす事が出来ない事による。

（第２実施例）第１実施例で述べた第５図のスムージング回路では読
取画像を16pel/mmのサンプリング点でサンプリングした
とすると、120線よりも細かい網点写真に効果がある事
が分つた。しかし、それ以下の粗い網点写真に対してモ
アレ積を抑圧しようとすると、２画素又は３画素程度の
スムージングでは間に合わない。又、単にスムージング
するためのフイルタサイズを大きくしても逆に線画の線
鋭さが失われるのみである。従つて、第２実施例では網
点の粗い（85線から120線程度の網点）網点画に対して
もモアレが生じず、又尖鋭さも失わない画線を得る事を
目的とする。

第２実施例の画像処理装置のブロツク構成も第３図に
示されたブロツク構成をとる。しかし、第２実施例にお
いてはエツジ強調回路35において第１実施例とその構成
を異にする。つまり前述した様に、粗い網点写真に対し
て生じた問題に対してエツジ強調回路35で対処しようと
いうものである。

第９図はスムージング回路34に続く次段のエツジ強調
回路35のブロツク図である。前段のスムージング回路の
出力45は第９図のエツジ量検出回路100、スムージング
回路101に入力される。出力45はエツジ量検出回路100に
より画像のエツジ部分が抽出され、乗算器102によりα
倍に強調され、その出力は加算器103へ入力される。

一方、スムージング回路101によりさらに平滑化され
た画像信号も加算器103に入力される。スムージング回
路34、及び101による２度の平滑化によりモアレ縞の発
生が抑えられるのである。

加算器103により合成された画像はモアレ縞が抑えら
れる尖鋭さも失われないのである。

次にエツジ量検出回路100に採用されるラプラシアン
のフイルタ行列を第10図に示す。第11図はスムージング
回路101に採用されるフイルタ行列である。第13図
（Ａ）は第10図のラプラシアンを施すための演算回路
図、第13図（Ｂ）は第11のスムージングフイルタを施す
ための演算回路図である。又、第12図は上記２つのフイ
ルタを施すための任意の画素を取り出すための回路図で
ある。

第12図において、ラインメモリ160a乃至160fの各々は
主走査方向１ライン分の長さと階調に応じた深さを持つ
ている。又、セレクタ150,151はラインメモリ160a乃至1
60f内の任意の画素を選ぶ事ができる。

スムージング回路34で処理された画像データ45はセレ
クタ150によりラインメモリ160a乃至160fの１つが選ば
れ、主走査方向の１ライン分のデータが書き込まれる。
書き込みの順序は一画素ずつ順番に１つのラインメモリ
内に書き込まれ、１ラインの走査が終わると次のライン
メモリへ書き込まれる。例えば160a→160b→160c→160d
→160e→160f→160a……となる。

ラインメモリからのデータの取り出しはセレクタ51を
通して行われる。即ち、ラインメモリ160aを書き込み中
にはラインメモリ160b,160c,160d,160e,160fから取り出
す。又、ラインメモリ160bを書き込み中にはラインメモ
リ160c,160d,160e,160f,160aから取り出す。以下同様の
手順で取り出される。

取り出しデータは２画素遅延回路152a,152b,152c,152
d及び１画素遅延回路153a,153b,153c,153dにより各々遅
延される。

第13図（Ａ）はエツジ量検出回路100の一部であつ
て、第12図の遅延回路と共に第10図のラプラシアンの演
算を施すための回路図である。第10図のラプラシアンを
施すためには第１実施例でも説明したように行列要素の
０の部分は除外できるから、第13図（Ａ）の回路への入
力信号は154a,154b,154c,154d,154xのみでよい。

入力154a,154b,154c,154dは加算器155により加算され
る。一方、中心の画像入力154xは乗算器158により４倍
される。減算器156により前記積から前記４入力の和が
引かれて出力信号157を得る。このようにしてエツジ部
が抽出強調された画像信号を得る。

第13図（Ｂ）は第11図のスムージングを施すための演
算回路である。第10図の場合と同様に行列要素０に対応
する部分を除外して考えると、第12図の出力154e,154f,
154g,154h,154xのみ取り出して第13図（Ｂ）の加算器17
0に入力し、除算器171にて52で割られる。このようにし
て第11図に示されたスムージングが施されるのである。

一方、エツジ量検出回路100の出力信号は除算器158に
よりα倍される。αの値を変える事によりエツジ強調の
度合を変えられる。このようにして、加算器103から得
られた画像信号104は次のような特徴がある。

第１実施例のスムージング回路34で盲点の粗い65線〜
85千までの網点写真に対してもモアル縞の発生を抑える
ためには、相当広範囲の領域にわたつて（つまり、大き
なサイズのスムージングフイルタ行列を用いて）スムー
ジングを行わねばならない。

しかし、このような広範囲のスムージングを耕した場
合、線画の尖鋭さは無くなり、もはや次段のエツジ強調
回路35でエツジ部を強調しても効果がない。更にはエツ
ジの太さが太くなり、画像の繊細さが不自然となる。

そこで第２実施例では前段のスムージング回路34は後
段のエツジ検出のための前処理としてノイズを除去し、
又120線以上の網点写真によつて生ずるモアレ発生を抑
える。

そして後段のスムージング回路101によつて更にスム
ージングを行い、網点の粗い網点写真によるモアレ発生
を抑え、一方画像のエツジ部はこのスムージング回路10
1を経由せずにエツジ量検出回路100によつて抽出、さら
に乗算器102によつて強調されて前記のスムージング回
路101の出力の合成されるので画像の尖鋭さは失われな
い。又画像の二度に渡るスムージング処理の結果、モア
レ縞の発生は抑圧され、網点写真の線致、角度によらな
い処理画像が得られる。

次に第２実施例に示されたエツジ量検出回路100その
足の具体的な回路構成例を述べる。

画像遅延回路は第１実施例に示された如く通常のＤ型
フリツプフロツプで構成できる。又、除算器171も同様
にROMにより容易に高速除算器が得られる。乗算器158も
第１実施例におけるのと同様に遅延回路153bにて２ビツ
トシフトアツプする事により代用できる。又、乗算器10
2も第１実施例の乗算器154の全く同様に富士通社製MB71
42Hなる双極型PROMを使う事によつて構成できる。

なお、本実施例について特にレーザビームプリンタを
用いて説明したが、これはあくまでも表示装置の例示で
あり、多の表示装置として液晶パネル、フアクシミリな
どにも適用できる事はいうまでもない。

また、同様に他の図もあくまでも実施例の説明をする
ために例示したに過ぎない。

以上説明してきたように本発明の実施例の画像処理装
置によれば、連続階調の写真、線画、網点写真等が混在
する画像の処理において、前段にてスムージング処理を
行い、後段にて輪郭強調を行う事により、比較的小規模
の回路でもつて原画像の忠実な再現を実現し、特に120
線以上の網点写真に対してもモアレ縞発生を抑圧する効
果がある。

［効果］以上のように、本発明の画像処理装置は、注目画素の
多値画像信号を、この注目画素を含む第１のブロックに
含まれる多値画像信号を用いて平滑化し、更に、第１の
ブロックよりも大きく前記注目画素を含む第２のブロッ
クに含まれる多値画像信号を用いて輪郭強調を行なうよ
うにしている。従って、入力画像が種々の画像を混在す
るものであっても、輪郭強調は、輪郭部において、ノイ
ズが不要に強調されることなく、しかも本来の輪郭は維
持され強調されたものとなっている。故に、本発明によ
り、原画の種類によらないで、画質の良好な画像を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する画像記録装置の概略を表す
図、第２図は本発明を適用する画像入力装置の概略を表す
図、第３図は本発明を適用した画像処理装置のブロツク構成
図、第４図（Ａ）は連続した３画素に対するスムージングフ
イルタの行列図、第４図（Ｂ）は連続した２画素に対するスムージングフ
イルタ行列図、第５図はスムージング回路34の構成図、第６図は第１実施例におけるエツジ強調回路35の回路構
成図、第７図（Ａ），（Ｂ）あ第１実施例におけるエツジ強調
回路35の回路構成図、第８図は第１実施例の空間フイルタの周波数応答図、第９図は第２実施例におけるエツジ強調回路35の回路構
成図、第10図は第２実施例にて適用されるラプラシアンを表す
図、第11図は第２実施例のスムージング回路101に適用され
る空間フイルタを表す図、第12図は第２実施例のエツジ強調回路35の一部回路図、第13図（Ａ）は第２実施例におけるエツジ量検出回路10
0の演算部の図、第13図（Ｂ）は第２実施例のスムージング回路101の演
算部の回路図、第14図はスムージングとエツジ強調による１次元周波数
特性図である。図中、34……スムージング回路、35……エツジ強調回
路、42a〜42c,153a〜153d……１画素遅延回路、60a〜60
f,160a〜160f……ラインメモリ、52a〜52d,152a〜152d
……２画素遅延回路、44,171……除算器、54,58,102,15
8……乗算器、43,56,103,155,170……加算器、55,156…
…加減算器である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者出井克人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者三田良信東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者西垣有二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭57−24166（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−77771（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−95759（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素毎の多値画像信号を入力する入力手段
と、前記入力手段により入力された注目画素の多値画像信号
を、該注目画素を含む複数の画素から構成される第１の
サイズのブロック内に含まれる多値画像信号を用いて平
滑化する平滑化手段と、前記平滑化手段により平滑化された前記注目画素の多値
画像信号を、前記注目画素を含む複数の画素から構成さ
れるブロックであって、前記第１のサイズよりも大きい
第２のサイズのブロック内に含まれる多値画像信号を用
いて、輪郭強調する輪郭強調手段とを有する画像処理装
置。