JPH11288453A - 再生用のスキャン環境における原稿画像のスキュ―角度および黒い境界線を検出する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の、紙原稿を再生用スキャナでスキャン
する画像処理システムによれば、原稿を適切に供給しな
かったり、紙搬送力が均一でなかったりするために、そ
の出力デジタル画像が真っ直ぐでないことがしばしば起
こり、画像の見た目として不愉快な印象を与えるという
問題があった 【解決手段】 そこで本発明による、スキャン原稿のス
キュー角度および境界線の両方を検出する画像処理シス
テムによれば、画像のスキュー補正して切り取った後
に、適当な閾値判定技術を用いて、黒い縁取りのないバ
イナリの原稿画像を再生する。スキュー角度は、境界線
に基づいて検出される。頑健な方法を用いて、対象原稿
の垂直および水平方向の最大範囲を限定する４つの境界
ポイントを検出し、スキュー角度および境界ポイントか
ら長方形の画像を作成することにより、スキャンされた
画像の境界線を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的に記録され
た画像をスキャンする方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】紙の原稿を再生用スキャナでスキャンす
ると、その出力デジタル画像がスキューする（スキャン
方向に対して斜めになる）ことは、しばしばある。画像
がスキューする原因は、原稿を適切に供給しなかった
り、紙原稿の搬送過程におけるスキャンシステムの紙搬
送力が均一でなかったりするためである。原稿画像がス
キューしていると、画像の見た目として不愉快な印象を
与える。さらに、光学的に文字認識、原稿区分、および
原稿分析させるときに、複雑性を付加することになる。
したがって、自動的に画像のスキューを検出し補正する
装置が原稿スキャンシステムにおいて必要な機能となり
つつある。

【０００３】画像をスキャンする場合、スキャンすべき
原稿の束には、異なる大きさの紙原稿を含むことがしば
しばある。すべての原稿サイズに適合するように適応性
よくＣＣＤ走査幅を調整することは不可能である。原稿
の一部が切り取られないように、ＣＣＤ走査幅は、原稿
サイズに比してより広い領域にしばしば設定される。そ
の結果、再生デジタル画像において、しばしばオリジナ
ル原稿の周囲に不要な黒い縁取りができる。オリジナル
原稿と同一の画像および大きさを有するデジタル画像を
形成するためには、原稿の縁取りを検出して切り取る機
能をシステム内に備えることが必要である。

【０００４】フーリエ解析手法では、例えば黒から白へ
の急激な信号変化が帯域制限されることがない。これは
非常に高い周波数を有する。つまり、デジタル装置に固
有の有限サンプリング処理により、エイリアシングエラ
ーが生じる。視覚的に知覚し得るギザギザのついた線、
波模様の図形、数珠繋ぎ、ちらつきは、エイリアシング
によるものである。

【０００５】２次元画像のスキュー補正のような２次元
の画像スキャンを行うと、しばしば人工的な画像が付加
される。例えば、スキューしたギザギザの線は、２次元
のスキュー補正した後、しばしば数珠繋ぎ状の線にな
る。原稿画像をスキュー補正する際に高い画像品質を維
持するためには、中間調領域でスキュー補正を実行して
人工的な画像をできるだけ少なくするために、画像の閾
値処理前にスキュー検出を実行しなければならない。

【０００６】原稿のスキュー角度を決定する既知の手法
がいくつかある。これらの手法は、内容基準のスキュー
検出と呼ばれているが、原稿上の文字列方向に基づいて
スキュー角を求めるものである。これらの手法は、原稿
のスキュー角度を求める上で、異なる画像処理手法およ
び統計的手法を提案している。

【０００７】一方、この発明は、原稿の境界線を基準と
したスキュー検出装置であって、上部の黒白反転境界線
の方向に基づいてスキュー角度を検出するものである。
加えて、本発明は、再生用のスキャン環境に適した、不
要な黒い縁取りを取り除くための優れた手法を有する。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、画像処理システムに関し、こ
のシステムは、自動的にスキュー角度を検出し、原稿の
境界線を検出し、中間調でスキュー補正し、そして再生
用のスキャナのスキャン速度でスキャンされる各原稿に
対して、黒い縁取りを取り除き、または自動的に切り取
る。このシステムは、一般に、ラスタスキャン方式でＣ
ＣＤアレイにより原稿画像を撮像するステップと、黒の
画素か白の画素かを区別するために、スキャンラインの
各画素位置で撮像強度の中間調値と閾値との値を比較す
るステップと、最初のＮ本のスキャンラインに対して画
素Ｍ個毎に増加させた画素において、最初に黒白反転す
る画素位置を記録するステップと、スキュー角度とスキ
ャン原稿の上部境界線の直線近似を求めるために、記録
された反転ポイントを解析するステップと、スキャン原
稿に関して、最上端境界ポイント、最左端境界ポイン
ト、最下端境界ポイント、および最右端境界ポイントを
検出するステップと、左端切り込み境界ポイント、右端
切り込み境界ポイント、および下端切り込み境界ポイン
トを計算するステップと、スキューした原稿の４つの角
部ポイントを作図するステップと、計算されたスキュー
角度および４つの角部ポイントに基づいて、スキュー補
正して中間調原稿の切り取ることにより、スキュー角度
および黒い縁取りを取り除くステップと、スキュー補正
した中間調原稿画像に適当な閾値決定技術を用いて、黒
い縁取りを取り除いたバイナリの原稿画像を形成する。

【０００９】本発明の第１の目的は、スキュー角度を検
出するための境界線に基づいた方法を提供することにあ
る。

【００１０】本発明の第２の目的は、黒い境界を検出
し、取り除くための頑健な方法を提供することにある。

【００１１】本発明の第３の目的は、再生用スキャナを
用いた場合に有用な非常に優れた、実施の容易な、スキ
ャン原稿を自動的にスキュー補正し、境界線を除去する
手法を提供することにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、スキューを検出し、境界
線を検出し、スキュー補正し、そして閾値で判定する画
像処理システムのブロック図を示す。この画像処理シス
テムは、次のような手法で動作する。このシステムはＣ
ＣＤ撮像装置から中間調デジタルデータを受信する。
（オペレータは、コンパレータが入力される中間調の画
素を白または黒に区別するために用いる入力強度の閾値
パラメータを指定する。）スキュー補正するために、ス
キュー角度、基準点（または起点）を検出し、検出の関
連する確信レベルの値を形成する。さらに、中間調デー
タが通る際に検出される、４つの重要な（最左端、最右
端、最上端、および最下端）ポイントがある。最左端お
よび最右端ポイントは、対象原稿の水平方向の最大範囲
を定義し、最上端および最下端ポイントは、対象原稿の
垂直方向の最大範囲を定義する。スキュー角度および４
つの重要な境界ポイントは、原稿の長方形形状を作図す
るために用いられる。新しく作図された４つの角部ポイ
ントの座標およびスキュー角度は、中間調を用いたスキ
ュー補正し、長方形領域の内部にある画像の大きさを決
めるために、次のプロセッサに送られる。最終的には、
中間調画像データをバイナリ画像データに変換するため
に、スキュー補正用の中間調データが適当な閾値処理部
に送られる。

【００１３】図２は、スキュー角度および上部境界線を
計算するための画像処理およびデータ解析のフローチャ
ートである。それは次のステップからなる。まず、図８
（ａ）で示す検出器は、最初のＮ本の中間調入力ライン
上にあるすべての画素に適用され、黒から白へ反転する
ポイント（黒白反転ポイント）を各々検出する。このと
き最上部にある黒白反転ポイントの座標を、水平方向に
Ｍ個の画素が増加する毎に記録し、図４（ａ）で示す２
つのリニアアレイＸおよびＹに記憶する。コンパレータ
は、画素の強度が特定の強度閾値よりも小さいときに、
その画素を黒と判定し、そうでない場合は白と判定す
る。このデータ記録の図形的な例を図３で示す。

【００１４】次に、Ｙアレイ内に記憶した隣り合うデー
タポイント対の垂直方向距離（Ｌｉ）を計算し、図４
（ａ）のリニアアレイＬに記憶する。データポイントが
最上部にない境界ポイントであることを特定すると、こ
れを削除する。この特定に際しては、垂直方向距離Ｌｉ
と水平方向増加分Ｍとを比較することによりなされる。
垂直方向距離Ｌｉが水平方向増加分Ｍよりも大きい場
合、Ｌｉに対応する反転ポイント対は、最上部境界ポイ
ントではないと考えられる。例えば、図３の最右角部上
の反転ポイント対は、最上部境界ポイントでないと特定
され削除される。その結果を図５で示す。記録データを
図４（ｂ）で示す。

【００１５】図４（ｂ）で残したデータは、ヒストグラ
ムを作成するのに用いられ、図６で示すように、このヒ
ストグラムの横軸はＬｉで、縦軸はＬｉの頻度合計数で
ある。ヒストグラムの最頻値（Ｌｍ）は、最も頻度高く
合致するＬｉの値である。ここでｙ＝Ｌｍ，ｘ＝Ｍとし
て、arctan（ｙ／ｘ）を求めて、傾斜角度（Ａｓ）を得
ることができる。ＬｉがＫを閾値として（Ｌｍ−Ｋ）か
ら（Ｌｍ＋Ｋ）までの範囲から逸脱した場合、Ｘアレイ
およびＹアレイのデータポイントを削除する。一般に用
いられるＫの値は２である。こうして削除することによ
り、ノイズ、または図７で示すように切断された角部に
起因するデータポイントを一掃する。

【００１６】図４（ｃ）で示すように、Ｘアレイおよび
Ｙアレイに残したデータは、スキューした上部境界直線
を検出する際に、確信レベル（ＣＬ）の測定値と見なせ
る直線相関係数を計算するのに用いられる。確信レベル
が特定の閾値（ＣＴＨ）よりも低い場合、スキュー角度
はゼロと設定される。これは、スキャンされた原稿が曲
がっていないか、不規則な上部境界線を含んでいるか、
を示す。一方、確信レベルが特定の閾値（ＣＴＨ）より
大きい場合、傾斜した上部境界直線が検出され、直線の
方程式はデータポイントが合致するように最小二乗法に
より計算される。スキュー角度は、この合致する直線の
傾斜、すなわち（Ａｗ）＝arctan（傾斜）から読み取れ
る。

【００１７】スキュー角度（Ａｗ）を確認するために、
直線から読み取れるスキュー角度（Ａｗ）と、Ｌｉヒス
トグラムから読み取れる傾斜角度（Ａｓ）との絶対的差
は、特定の角度閾値（ＡＴＨ）よりも小さくなければな
らない。さもなければ、図２で示すようにスキュー角度
（Ａｗ）は、ゼロに設定する。

【００１８】直線相関係数の方程式は、次のように求め
られる。ｉ＝１，．．．Ｎ、Ｎは残したデータポイント
数で、（ｘ_i，ｙ_i）をデータポイントの座標とする。相
関係数（ｒ_xy）は、ｒ_xy＝ｓ_xy／ｓ_xｓ_yと定義され、こ
こで、

【００１９】

【数１】

【００２０】相関関数は、定義により０から１までの値
をとる。相関関数が１に近づけば、これらのポイントは
直線上にあることを示し、これらのポイントに対して最
小二乗法を適用する。このときスキュー角度０_sは、合
致する直線ｙ＝ａ＋ｂｘの傾斜（ｂ）のアークタンジェ
ントをとることにより計算できる。このとき、

【００２１】

【数２】

【００２２】上部境界線の角度は、原稿のスキュー角度
と見なせる。

【００２３】スキュー角度に加えて、画像をスキュー補
正するためには、基準ポイントまたは起点ポイントが必
要となる。画像を、基準ポイントを中心にスキュー角度
と同じ大きさの角度だけスキュー角度を打ち消すような
方向に回転させる。

【００２４】境界線で切り取るためには、原稿の境界を
検出することが必要となる。図８（ａ），８（ｂ），８
（ｃ），および８（ｄ）は、４つの境界線を検出するも
のであり、各々、垂直方向の黒白反転、水平方向の黒白
反転、垂直方向の黒白反転、および水平方向の黒白反転
を検出する。最上端ポイントは、図８（ａ）で示す検出
を用いて検出された反転ポイントの中で垂直方向の最も
小さいｙ座標を有する垂直方向の黒白反転ポイントであ
る。最左端ポイントは、図８（ｂ）で示す検出を用いて
検出された反転ポイントの中で水平方向の最も小さいｘ
座標を有する水平方向の黒白反転ポイントである。最下
端ポイントは、図８（ｃ）で示す検出を用いて検出され
た反転ポイントの中で垂直方向の最も大きいｙ座標を有
する垂直方向の黒白反転ポイントである。最右端ポイン
トは、図８（ｄ）で示す検出を用いて検出された反転ポ
イントの中で水平方向の最も大きいｘ座標を有する水平
方向の黒白反転ポイントである。図３の原稿に関する４
つの検出された境界ポイントの図形配置を、図９（ａ）
で示す。

【００２５】原稿を作図するために、図９（ｂ）で示す
ように、上部境界線に直交し最左端ポイントを通るよう
な直線を引く。上部境界線との交点は、スキュー補正す
る際の基準点と見なす。この基準ポイントは、原稿の左
上角部の基準でもあり、Ａで印をつける。最下端ポイン
トを通って上部境界線と平行な直線と、最右端ポイント
を通って上部境界線と垂直な直線も、図９（ｂ）で示
す。４つの求められた直線は、対称原稿を包含する長方
形領域を形成する。この長方形領域を最も簡単に説明す
るための方法は、互い直交する直線の交点である４対の
角部ポイントを与えることである。図１０（ａ）は、図
９（ｂ）の４つの直線から求められた４つの角部ポイン
ト（Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤ）を示す。図１０（ｂ）は、
４つの角部ポイントをスキュー角度および基準ポイント
を基に図形的に変換した結果を示す（Ａ→Ａ’Ｂ→Ｂ’
Ｃ→Ｃ’Ｄ→Ｄ’）。図１１は、図９（ａ）の２番目に
スキャンした原稿画像の境界線で切り取り、スキュー補
正した結果を示す。

【００２６】図１１（ａ）で示すように、長方形でない
原稿の例をスキャンすると、先の例で説明したのと同じ
手法を用いて境界ポイントを検出する。直線の配置およ
び４つの角部ポイントを、図１１（ｂ）および１２
（ａ）で示す。スキュー補正し境界線で切り取った結果
を図１２（ｂ）で示す。

【００２７】図１３（ａ）で示すように、ギザギザのつ
いた上部境界線を有する原稿である場合、スキュー検出
で得られた確信レベルは、しばしば確信閾値（ＣＴＨ）
以下となり、スキュー角度はゼロとなる。したがって、
４つの境界線は単純に、図１３（ｂ）で示すように、４
つの検出されたポイントにより形成される。こうして得
られた４つの角部ポイントと、および原稿を切り取った
結果とを、図１４（ａ）および１４（ｂ）で各々示す。

【００２８】図１５（ａ）は、境界線で囲まれた原稿の
一例を示す。図１５（ｂ）で示すように、４つの検出さ
れた（最上端、最左端、最下端、および最右端の）境界
ポイントを通る４つの境界線は、極端な場合、スキュー
した原稿における極端な境界ポイントがスキュー補正し
た原稿における極端な境界ポイントと一致しないため
に、一部の原稿が切り取られることになる。したがっ
て、本当の境界ポイントは、得られた４つの境界線の方
向に従って、形成する必要がある。例えば、図１５
（ｂ）で示すように、左端切り込みポイントは、最左端
境界直線と検出された左端の黒白反転部との水平距離が
最大になる位置を検出することにより求められる。その
他の２つの刈り込みポイント（刈り込み右側ポイントお
よび刈り込み下側ポイント）も、同様にして求められ
る。３つの刈り込みポイントは、図１５（ｂ）で示す３
つの新しい境界線と、図１６（ａ）で示す図形配置を形
成する。スキュー補正するのに用いる、求められた４つ
の角部ポイント（Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤ）を図１６
（ｂ）で示す。スキュー補正し、境界線で切り取った最
終的な結果を、図１７で示す。

【００２９】本発明は、本発明の好適な実施例の詳細を
参照することにより、本特許出願の中で開示されてきた
が、当業者には、本発明の精神および添付クレームの範
囲内で変更が簡単になされることが思いつくので、この
開示は、例示的であって限定的に意図してなされたもの
ではないことを理解する必要がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、画像処理システムのステップに関す
るフローチャートである。

【図２】 図２は、スキュー角度を検出し、上部の黒い
縁取りの直線を計算するステップを概観するフローチャ
ートである。

【図３】 図３は、原稿の上部の黒い境界上の画素Ｍ個
毎の画素に関して、最初に黒白反転する画素ポイントを
記録する一例である。

【図４】 図４（ａ）は、２つのリニアアレイＸおよび
Ｙが記憶する検出された境界ポイントを示す。図４
（ｂ）は、上部にない境界ポイントの座標が２つのリニ
アアレイＸおよびＹから削除されていることを示す。図
４（ｃ）は、直線解析で残したポイント座標を補正した
ことを示す。

【図５】 図５は、上部にない境界ポイントを削除した
後、図３で記録された残した黒白反転ポイントの一例で
ある。

【図６】 図６は、図５で示すように、記録された反転
ポイントの垂直方向距離（Ｌｉ）の各対に対するヒスト
グラムを示す。

【図７】 図７は、切り取られた角部の境界ポイントを
削除した後の、直線境界解析を行うための最終的な黒白
反転ポイントを示す。

【図８】 図８（ａ）は、垂直方向の黒白反転境界を検
出するための検出手法を示す。図８（ｂ）は、水平方向
の黒白反転境界を検出するための検出手法を示す。図８
（ｃ）は、垂直方向の黒白反転境界を検出するための検
出手法を示す。図８（ｄ）は、水平方向の黒白反転境界
を検出するための検出手法を示す。

【図９】 図９（ａ）は、スキューした原稿における検
出された４つの重要なポイント（最上端、最左端、最下
端、および最右端）の一例を示す。図９（ｂ）は、スキ
ュー角度および４つの重要なポイントから求められる４
つの境界直線を示す。

【図１０】 図１０（ａ）は、図９（ｂ）の４つの直線
から求められる４つの角部ポイント（Ａ，Ｂ，Ｃ，およ
びＤ）を示す。図１０（ｂ）は、スキュー補正処理によ
り４つの角部ポイントを図形変換した結果を示す。図１
０（ｃ）は、図３のスキューした原稿をスキュー補正し
て境界部を切り取った結果を示す。

【図１１】 図１１（ａ）は、スキューした原稿の一例
であって、検出された４つの重要なポイントを示す。図
１１（ｂ）は、求められた４つの境界線を示す。

【図１２】 図１２（ａ）は、図１１（ｂ）の４つの境
界線から求められた４つの角部を示す。図１２（ｂ）
は、図１１（ａ）の原稿をスキュー補正し境界部を切り
取った結果を示す。

【図１３】 図１３（ａ）は、ギザギザのついた上部境
界線を有するスキューした原稿の一例であって、検出さ
れた４つの重要なポイントを示す。図１３（ｂ）は、図
１３（ａ）の検出された重要なポイントから求められ
た、４つの検出された境界線を示す。

【図１４】 図１４（ａ）は、図１３（ｂ）の４つの直
線から求められた４つの角部である。図１４（ａ）は、
原稿を自動刈り込みした結果である。

【図１５】 図１５（ａ）は、スキューした長方形でな
い原稿の一例であって、検出された４つの重要なポイン
トを示す。図１５（ｂ）は、計算された３つの境界線と
３つの刈り込み直線を示す。

【図１６】 図１６（ａ）は、４つの刈り込みポイント
の位置を示す。図１６（ｂ）は、図１５（ｂ）の上部境
界線と３つの刈り込み直線から求められる、４つの角部
を示す。

【図１７】 図１７は、図１５（ａ）の原稿をスキュー
補正し、境界部を切り取った結果を示す。

【符号の説明】

７ａ…垂直方向の黒白反転境界を検出するための検出手
法、７ｂ…水平方向の黒白反転境界を検出するための検
出手法、７ｃ…垂直方向の黒白反転境界を検出するため
の検出手法、７ｄ…水平方向の黒白反転境界を検出する
ための検出手法、Ａ…基準点（原稿の左上角部ポイン
ト）、Ｂ…原稿の右上角部ポイント、Ｃ…原稿の右下角
部ポイント、Ｄ…原稿の左下角部ポイント、Ａ’…図形
変換後の原稿の左上角部ポイント、Ｂ’…図形変換後の
原稿の右上角部ポイント、Ｃ’…図形変換後の原稿の右
下角部ポイント、Ｄ’…図形変換後の原稿の左下角部ポ
イント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョゼフ・エム・バジル アメリカ合衆国14519ニューヨーク州オン タリオ、リンカーン・ロード5712番

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像のスキュー角度を検出する方法であ
   って、 画像の境界線の方向を検出するステップと、 境界線方向に基づいてスキュー角度を計算するステップ
   と、を有することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 スキュー角度を検出する方法であって、 画素形式で画像を撮像するステップと、 黒画素か白画素かを区別するために、撮像画像の各画素
   位置において、撮像画像と閾値とを比較するステップ
   と、 最初に黒から白に反転する画素位置を記録するステップ
   と、 記録された画素位置から、撮像画像の上部境界線に関す
   るスキュー角度および直線近似を計算するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 画像をスキャンする装置であって、 画素形式で画像を撮像するためのＣＣＤアレイと、 黒画素か白画素かを区別するために、撮像画像の各画素
   位置において、撮像画像と閾値とを比較するための、Ｃ
   ＣＤアレイに電気的に接続されて設けられたコンパレー
   タと、 すべての垂直方向の黒白反転ポイントを検出するため
   の、コンパレータに電気的に接続されて設けられた検出
   器と、 最初に黒から白に反転する画素位置を記録するための、
   検出器に電気的に接続されて設けられたメモリと、 記録された画素位置から、撮像画像の上部境界線に関す
   るスキュー角度および直線近似を計算して、画像からス
   キュー角度を補正するための、上記ＣＣＤアレイ、検出
   器、およびメモリに電気的に接続されて設けられた画像
   処理装置と、を備えたことを特徴とする装置。