JPH1097585A - 画像階調化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ライン間で画素データを平均化するバーコー
ド復号装置では、ラインバッファの容量が大きく、回路
規模が大きくなった。 【解決手段】 ＣＣＤセンサ２の出力は８ビットであ
る。第一階調化回路２０はこれを予め４ビットに再階調
化する。このため、ラインバッファ２２、２４、２６の
容量が従来の１／２で済む。第二階調化回路３０によ
り、目的の最終階調化数が実現される。メモリ容量の半
減による画像処理精度の劣化はさして大きくない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は画像階調化装置、
特に、すでにｉ階調に階調化されている入力画像を所定
のライン方向に単位領域ごとにｋ階調（ｉ＞ｋ）に階調
化する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像の階調化は各種画像処理において非
常に頻繁に行われている。図１はそうした画像階調化回
路のうち、バーコード復号装置の一部として利用可能な
画像二値化回路の構成図である。この構成は、バーコー
ドを含む画像（以下、単にバーコード画像ともいう）を
ラインごとに走査して取り込み、バーコードをもとの文
字や数字などの記号に復号すべく、バーコード画像を二
値化するものである。

【０００３】同図において、ＣＣＤセンサ２はバーコー
ド画像を走査して画像を取り込み、Ａ／Ｄ変換後出力す
る。デジタル化された画像はラインごとに順次３本のラ
インバッファ４、６、８に格納される。新たなラインは
上段のラインバッファ４に格納され、それまで上段のラ
インバッファ４に格納されていた画像データは中段のラ
インバッファ６に移り、中断のそれは下段に移る。こう
した用途に用いられるＣＣＤセンサ２のＡ／Ｄ変換時の
量子化レベルは、例えば８ビット、２５６階調がひとつ
の標準である。すなわち、ライン上の画素ひとつが８ビ
ットのデータで表現される。

【０００４】一方、平均化回路１０は、各ラインバッフ
ァの対応画素ごとに画像データを平均化する。例えばバ
ーコードの背景画像が複雑で、かつ色の変化が大きい場
合など、バーコードの各エレメントが明確に判定しにく
いことがある。また、バーコード自体の印刷むらなどに
よっても同様の事態が生じうる。こうした状況において
もバーコードを正しく判定できるよう、理論上は１ライ
ンで二値化することの可能なバーコード画像を複数ライ
ンに亘って平均化し、バーコードの認識率を高めようと
いうものである。

【０００５】同図では、例えば各ラインの左からａ番目
の画素に関する８ビットデータが３本のラインバッファ
４、６、８から読み出され、これらの平均値が平均化回
路１０で計算される。この後、この平均値に対して所定
のしきい値を考慮し、二値化回路１２で画素ごとにエレ
メントの状態（通常は「白」「黒」）を判定する。図示
しないが、この後、各エレメントの幅の広狭を別の回路
で判定し、エレメントの列びを特定したうえで、バーコ
ードから対応する記号が復号される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、数ライ
ン分のデータを考慮することにより、１ラインだけで判
定していた従来の方法に比べ、バーコードの識別率を改
善することができる。しかしながら、当然このために回
路規模が大きくなる。例えば１ラインあたり１０００の
画素が存在すれば、各ラインバッファは１０００×８ビ
ットで、約１キロバイトの容量を要する。しかも、これ
らのラインバッファは新たなラインデータが読み込まれ
るたびにデータをシフトさせる構造でなければならず、
単なるＤＲＡＭではなく、さらに回路規模の大きなシフ
トレジスタ等を採用しなければならない。

【０００７】ラインバッファの容量が大きいため、他の
回路規模も大きくなる。平均化回路１０が各ラインバッ
ファから特定画素のデータを読み出すために、１０００
通りのアドレッシングが必要となる。このため、平均化
回路１０から３本のラインバッファに対して１０本のア
ドレスバスが接続される。これに加え、各ラインバッフ
ァからの８ビットのデータバスが平均化回路１０につな
がる。

【０００８】回路規模以外の課題として処理時間があ
る。図１の構成では、３箇所から出力される８ビットデ
ータを平均化しなければならず、相当の時間が必要とな
る。この結果、ライン走査およびバーコードの復号全体
の動作速度が満足できるものではなかった。

【０００９】本発明はこうした課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、ラインバッファを設けて画像処
理に求められる精度を高く保ちながら、そのラインバッ
ファの容量を低減することにより、回路規模の縮小と動
作速度の向上が可能な画像階調化装置を提供することに
ある。具体例として、本発明は上述のバーコードの認識
率を高く保ちつつラインバッファ容量の低減が可能なバ
ーコード画像二値化回路を提供する。別の具体例とし
て、本発明はある画素のデータを周辺の画素データに対
する重み付けで求めるようなフィルタリング処理の後に
画像を階調化する回路を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明の画像階調化装置は、ｉ階調に階調化され
ている入力画像を所定のライン方向に単位領域ごとにｋ
階調（ｉ＞ｋ）に階調化する装置であって、入力画像を
ｋ階調に階調化する階調化手段と、ｋ階調に階調化され
た画像をＮライン分記憶するＮ本のラインバッファと、
これらＮ本のラインバッファに記憶された画像のうち、
互いに関連しあう単位領域の画像間で所定の画像処理を
行う処理手段とを含む。ここで、「単位領域」とは画像
処理の単位となる画像領域をいい、例えば画素や、複数
画素の集合によるブロックなどが考えられる。

【００１１】この構成において、まず階調化手段によ
り、入力画像が最終目的階調数であるｋ階調に階調化さ
れる。つづいて、ｋ階調のデータがラインごとに各ライ
ンバッファに格納される。処理手段は、Ｎ本のラインバ
ッファに記憶された画像から互いに関連しあう単位領域
の画像間で所定の画像処理を行う。

【００１２】例えばｉ＝２５６、ｋ＝１６の場合、当初
の入力画像の各画素は８ビットで表されるが、階調化手
段を経たときこれが４ビットになる。これをラインバッ
ファに格納するため、ラインバッファの容量が１／２で
済む。当然、ラインバッファ周辺のアドレスバス、デー
タバス、ラインバッファのリード／ライト制御回路の規
模を全体的に低減することができる。なお、このように
データ量を１／２にしても最終的な画像処理精度はさし
て落ちない。これは後述する。

【００１３】（２）本発明の別の態様では、前記階調化
手段をふたつに分け、第一、第二階調化手段をそれぞれ
前記処理手段の前後に配置する。この態様では、ｉ階調
の入力画像をいきなり最終目的のｋ階調に階調化するの
ではなく、まず第一階調化手段でｉ階調からｊ階調に落
とす（ｉ＞ｊ＞ｋ）。このデータはラインバッファに記
憶され、つづいて処理手段による画像処理が行われる。
しかる後、第二階調化手段で最終目的であるｋ階調に落
とす。

【００１４】例えばｉ＝２５６、ｊ＝６４、ｋ＝１６の
場合、入力画像は８ビット、ラインバッファに記憶され
る画像は６ビットである。従って、ラインバッファの容
量を６／８に低減することができる。この場合も（１）
同様の効果が得られる他、トレードオフ要件である回路
規模と画像処理精度について、いずれをどの程度重視す
るか等、所望の設定が容易となる。

【００１５】（３）本発明のある態様では、前記処理手
段が平均化手段であってもよい。すなわちこの処理手段
は、Ｎ本のラインバッファに記憶された画像のうち、対
応しあう位置にある単位領域の画像を読み出して平均化
する。

【００１６】（４）本発明の別の態様では、前記処理手
段はフィルタ回路であってもよい。すなわちこの処理手
段は、Ｎ本のラインバッファに記憶された画像のうち、
近接しあう単位領域の画像を読み出して所定のフィルタ
リング処理を実行する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態を適宜図
面を参照しながら説明する。

【００１８】実施形態１．図２は本実施形態に係る画像
階調化装置の構成図である。同図において図１同様の部
材に同じ符号を与え、適宜説明を省略する。同図に示す
ごとく、この装置はＣＣＤセンサ２の出力であるｉ階調
（ｉ＝２５６）の画像データを受け、これをｊ階調（ｊ
＝１６）に階調しなおす第一階調化回路２０と、ひとつ
の画素について４ビットが割り当てられたＮ本（Ｎ＝
３）のラインバッファ２２、２４、２６と、これら３本
のラインバッファから４ビットデータを受けて画素ごと
にデータを平均化する平均化回路２８と、その処理の
後、画像データを最終的にｋ階調（ｋ＝２）に階調化、
すなわち二値化する第二階調化回路３０を有する。

【００１９】この構成において、まずＣＣＤセンサ２で
走査された画像が２５６階調にＡ／Ｄ変換され、これが
第一階調化回路２０に与えられる。ここでは画像データ
が１６階調（４ビット）に階調化されるため、ラインバ
ッファの容量が従来の１／２になる。当然、ラインバッ
ファ以外の回路規模も小さくなり、処理動作も高速化さ
れる。

【００２０】つづいて、平均化回路２８により、各ライ
ンバッファにおける対応画素どうしの画像データが画素
毎に平均化され、出力される。出力された４ビットの画
像データは最終的に第二階調化回路３０で二値化され、
後段の任意の回路に送られる。

【００２１】図３はラインバッファで各画素に割り当て
られるビット数と、低下する処理精度の関係を示す図で
ある。処理精度の低下は、第一階調化回路２０における
解像度の低さに起因する誤差に集約される。同図では、
各画素に対してもともとの８ビットを割り当てる場合の
合計メモリ容量を「１」とし、処理精度についてはフル
スケール２５６階調のうち、第一階調化回路２０で生じ
る誤差を階調数換算で表している。同図の右上がりの曲
線はメモリ容量、他方の曲線は誤差を示す。

【００２２】この図から明かなごとく、割当ビット数が
８から次第に減るに従い、メモリの合計容量はリニアに
減少していく。一方、誤差は徐々に増加する。本実施形
態の場合、割当ビット数が「４」であるから、メモリ容
量は１／２になる一方、誤差は２０階調分に留まる。こ
の結果、多少の精度を犠牲にすることにより、回路規模
を半分にすることができる。また、当然ながら処理に要
する時間も短縮される。

【００２３】以上が本実施形態の内容である。本実施形
態については以下のような変形も考えられる。

【００２４】（１）本実施形態では最終的に画像データ
を二値化した。しかし、例えば最終目的が１６階調化で
あれば、第二階調化回路３０は不要であり、削除するこ
とができる。

【００２５】（２）（１）の場合、回路規模低減効果を
ある程度にとどめるかわりに、処理精度をより高く維持
したい要望もありうる。そうした場合、例えば第一階調
化回路２０で６４階調に落とし、第二階調化回路３０で
これを１６階調に落としてもよい。

【００２６】（３）本実施形態ではラインバッファの数
を３としたが、これは当然任意の数であってよい。

【００２７】（４）第一、第二階調化回路２０、３０に
おける階調化に、例えば階調化のしきい値を画像によっ
て適応的に変化させる適応しきい値調整方法などを用い
もよい。その場合、同じメモリ容量で図３に示す処理精
度よりも好ましい結果を得ることができる。

【００２８】実施形態２．実施形態１では平均化を利用
した階調化装置を説明した。しかし、同じバーコード復
号という用途を考えても、複数ライン間の平均の他に、
複数ラインを用いたフィルタリング処理もある。その用
途に利用する場合、図２の構成のうち平均化回路２８を
フィルタ回路に置き換えればよい。

【００２９】図４は３ラインで互いに隣接する３×３画
素を用いてフィルタリングを行う様子を示す図である。
同図ではライン１の画素を左からＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１
３のように示している。一般にフィルタリングは、中央
の画素Ｐ２２に関して行われる。すなわち、中央の画素
Ｐ２２の周囲の８個の画素にそれぞれ対応する重みを掛
けてそれらを合計し、これをＰ２２に与える。本実施形
態でも第一階調化回路２０で画像を１６階調に落とし込
むとすれば、各画素が４ビットで表されるため、メモリ
容量は従来の１／２となる他、フィルタ回路内の計算の
負荷が小さくなる。

【００３０】以上が本実施形態の説明である。本実施形
態ではフィルタリング回路を説明したが、本発明はそれ
以外にもラインバッファを用いる階調化回路を用いた任
意の画像処理に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の画像階調化回路のうち、バーコード復
号装置の一部として利用可能な画像二値化回路の構成図
である。

【図２】 実施形態１に係る画像階調化装置の構成図で
ある。

【図３】 実施形態１において、ラインバッファで各画
素に割り当てられるビット数と、低下する処理精度の関
係を示す図である。

【図４】 実施形態２において、３ラインで互いに隣接
する３×３画素を用いてフィルタリングを行う様子を示
す図である。

【符号の説明】

２ ＣＣＤセンサ、４，６，８，２２，２４，２６ ラ
インバッファ、１０，２８ 平均化回路、１２ 二値化
回路、２０ 第一階調化回路、３０ 第二階調化回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｉ階調に階調化されている入力画像を所
   定のライン方向に単位領域ごとにｋ階調（ｉ＞ｋ）に階
   調化する装置であって、 入力画像をｋ階調に階調化する階調化手段と、 ｋ階調に階調化された画像をＮライン分記憶するＮ本の
   ラインバッファと、 これらＮ本のラインバッファに記憶された画像のうち、
   互いに関連しあう単位領域の画像間で所定の画像処理を
   行う処理手段と、 を含むことを特徴とする画像階調化装置。
2. 【請求項２】 ｉ階調に階調化されている入力画像を所
   定のライン方向に単位領域ごとにｋ階調（ｉ＞ｋ）に階
   調化する装置であって、 入力画像をｊ階調に階調化する第一階調化手段（ｉ＞ｊ
   ＞ｋ）と、 ｊ階調に階調化された画像をＮライン分記憶するＮ本の
   ラインバッファと、 これらＮ本のラインバッファに記憶された画像のうち、
   互いに関連しあう単位領域の画像間で所定の画像処理を
   行う処理手段と、 前記画像処理の後、画像を単位領域ごとにｋ階調に階調
   化する第二階調化手段と、 を含むことを特徴とする画像階調化装置。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかに記載の装置に
   おいて、 前記処理手段は、Ｎ本のラインバッファに記憶された画
   像のうち、対応しあう位置にある単位領域の画像を読み
   出して平均化することを特徴とする画像階調化装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２のいずれかに記載の装置に
   おいて、 前記処理手段は、Ｎ本のラインバッファに記憶された画
   像のうち、近接しあう単位領域の画像を読み出して所定
   のフィルタリング処理を実行することを特徴とする画像
   階調化装置。