JPS62267887A - ２値化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光学式文字読取装置または文字図形入力装
置等における線図形画像の２値化装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、低コントラストのレーザ刻印文字や捺和文字な
どの場合には、背景の明暗ムラやヨゴレ等のために鮮明
な２値画像を得ることが困難である。このため、出願人
は２値化レベルを一定値に固定して設定する方式にかえ
て、例えば画像の背景レベルの変動を考慮して２値化レ
ベルが常に最適となるよう自動的に決定する方式を提案
している（例えば、特願昭６０−１５８０３２号参照）
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、か−る場合に背景の濃度値に近いしきい
値レベルで２値化を行うと、線文字が太く出るかわりに
背景の明暗ムラやヨゴレなども２値化されて文字の判読
が困難となり、逆に背景の明暗ムラやヨゴレが出ないよ
う永しきい値レベルで２値化すると文字がかすれてしま
う。つまり、従来のものはいずれも文字とヨゴレとの区
別をしていないため、同じ程度の濃度値ならば同じよう
に２値化してしまうと云う問題がある。

したがって、この発明は幅の広い背景における濃度値ム
ラやヨゴレ等の領域を文字線と区別することにより、低
コントラストの文字線でも鮮明な２値画像を得ることが
できる２値化装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

複数のサブウィンドウからなる正方格子状ウィンドウを
発生させるウィンドウ発生手段と、各サブウィンドウ毎
にその平均濃度値を演算する第１の演算手段と、周囲サ
ブウィンドウの各濃度値から背景濃度値を抽出する第１
の抽出手段と、対向する周囲サブウィンドウ対の濃度差
および平均濃度値を演算する第２の演算手段と、背景濃
度値と平均、濃度値との差で表わされる背景濃度差を演
算する第３の演算手段と、対向濃度差と背景濃度差とか
ら背景平坦度を抽出する第２の抽出手段と、着目濃度値
と平均濃度値とから着目濃度差を演算する第４の演算手
段と、着目濃度差が濃度差下限値以上であるか否かを判
定する第１の判定手段と、背景平坦度が平坦度上限値以
下であるか否かを判定する第２の判定手段とを設ける。

〔作用〕

着目画素を中心として互いに分離して配置された９個の
サブウィンドウ（５×３画素の正方形領域）により構成
される正方格子状ウィンドウを使うことで、各画素が文
字線の画素なのかそれ以外なのかを判定して２値化をす
るようにしたものである。すなわち、着目画素を囲む着
目サブウィンドウの周囲８ケ所に線幅以上能れた位置に
周囲サブウィンドウを配置し、着目サブウィンドウを中
心に対向する周囲サブウィンドウ対について背景平坦度
と着目濃度差を求めて着目サブウィンドウが文字線領域
に含まれているか否かを判定し、２値化することにより
、低コントラストの文字線でも鮮明な２値画像が得られ
るようにする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示す構成図である。

同図において、）は識別対象文字、２はテレビカメラ等
の撮像装置、３はアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ　）変
換器、４はフレームメモリ、５は公知の２次元局部メモ
リ、６は着目／周囲局所平均部、７は対向濃度差検出部
、８は背景濃度値検出部、９は対向濃度平均部、１０は
背景濃度差検出部、１１は背景平坦度検出部、１２は着
目濃度差検出部、１３は平坦反上限値の設定部、１４．
１．６は比較部（コンパレータ）、１５は着目濃度差下
限値の設定部、１７は文字線検出部である。

対象文字１はテレビカメラ２などの撮像手段により電気
信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器３によりディジタル画像
に変換された後、フレームメモリ４に記憶される。フレ
ームメモリ４のディジタル画像は読み出されて、Ｍ行Ｎ
列の２次元局部メモリ５により、正方格子ウィンドウが
形成される。

なお、か〜る２次元局部メモリは公知である。正方格子
ウィンドウは１個の着目サブウィンドウと８個の周囲サ
ブウィンドウで構成されており、２次元局部メモリの大
きさくＭ行Ｎ列）は正方格子ドラと周囲サブウィンドウ
の平均濃度値は局所平均部６で演算され、周囲サブウィ
ンドウの中から背景の濃度値（サブウィンドウ内平均値
）λＢＧが背景濃度値検出部８で求められる。また、対
向する周囲サブウィンドウの濃度値の差が対向濃度差検
出部７で演算される。そして、対向サブウィンドウの平
均濃度は対向濃度平均部９で求められ、さらに背景濃度
値ＡＢＣとの差も背景濃度差検出部１０で求められる。

対向濃度差と背景濃度差との代表値（最大値または最小
値のいずれか）が背景平坦度検出部１１で求められる。

対向濃度平均と着目濃度値とから、対向する方向ごとの
着目濃度を着目濃度差下限値１２で演算する。各方向ご
とにその背景平坦度が設定部１３より与えられる平坦度
上限値と比較器１４にて比較され、また着目濃度差が設
定部１５より与えられる着目濃度差下限値と比較部１６
にてそれぞれ比較される。そして、文字線検出部１７は
着目サブウィンドウが背景のサブウィンドウに対向して
挾まれているか否かを判定し、対向する背景濃度値のサ
ブウィンドウに挾まれていればｒＨｉｇｂＪとして２値
化信号Ｔを出力する。

第２図に、フレームメモリ４上の量子化画像の例を示す
。文字の場合には図にあるように線幅Ｗｓが小さく、は
ぼ一定している。黒文字では背景画素ＢＧの濃度値が文
字画素ＣＨの濃度値よりも大きく、白文字では文字画素
ＣＨの濃度値の方が太きい。周囲サブウィンドの距離は
線幅Ｗｓ（画素〕と同じかまたは数画素分大きい値にす
る。

第３図に９個のサブウィンドウＷｓ　（Ｗｓｏ−Ｗｓａ
　）で構成される正方格子ウィンドウＷの概念を示す。

着目サブウィンドウＷｓｏは着目画素を中心とする、例
えば３×３の矩形領域である。着目サブウィンドウの濃
度値は６Ｘ３〔画素〕の平均値とする。着目画素（Ｉ、
Ｊ〕からＢ５（Ｊｓ）画素だけ離れた場所に３×３〔画
素〕の周囲サブウィンドウを形成する。たとえば、線幅
Ｗｓが５画素では、Ｉｓ（またはＪｓ）の値は５〜８画
素の値にする。

また、サブウィンドウのサイズは画像の濃度値の均一化
を行えるように選択する。

各サブウィンドウの平均濃度値を演算する局所平均部６
の構成を第４図に示す。これは、加算回路２１および除
算回路２２からなり、３×３画素のサブウィンドウＷｓ
の各画素（Ｐｓｏ−Ｐｓａ）の濃度値を加算回路２１に
より加算する。そしＣ除算回路２２により９で割って、
平均濃度値Ａｉを出力する。ＷｓｏからＷｓｓまでのウ
ィンドウの平均濃度値は、それぞれＡｏ−Ａ８で表わさ
れる。

着目サブウィンドウＷｓｏが文字線か背景かの判定は、
次のように行なわれる。第５図はか〜る判定方法を説明
するための概念図である。すなわち、同図において周囲
サブウィンドウで対応関係Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１，Ｂ４を持
っているサブウィンドウ対は、それぞれｗｓｌとＷｓｓ
　、　ｗｓ２とＷｓ６゜ｗｓ３とｗＳ、、ＷＳ４とＷｓ
ａである。こ〜で、サブウィンドウ間距離が線幅より大
きく、かつ着目サブウィンドウが文字線上にあれば、い
ずれかの方向Ｒ１〜Ｒ４で対応するサブウィンドウが背
景に存在するものと仮定する。同図では、対応関係Ｒ３
と［ｔ４の場合に、対応ザブウィンドウが背景となって
いる。このとき、幅が広いヨゴレや濃度ムラであれば対
応サブウィンドウが両方とも背景レベルであることは稀
であり、また着目サブウィンドウが文字線ならば背景濃
度値である対応関係のサブウィンドウとは濃度値に差が
ある筈であるが、幅の広いヨゴレであれば着目サブウィ
ンドウと周囲サブウィンドウとの濃度差は小さい。以上
の考えから、背景平坦度と着目濃度差とを演算すること
により、文字線か否かの判定が可能となる。

第３図は対向濃度差検出部の具体例を示すブロック図で
ある。同図において、２３ａ〜２３ｄは差演算回路であ
り、その各々には対向するウィンドウの平均濃度値Ａｉ
が導入されている。したがって、例えば対向サブウィン
ドウｗＳ１とＷｓｓとの濃度差（Ａ１−Ａｓ　）は、差
演算回路２３ａによりＢ１として出力され、濃度差Ａ２
　　Ａ６　ｒ　Ａｓ−Ａ７およびＡ４　　Ａ６が差演算
回路２３ｂ、２３ｃおよび２３ｄによってそれぞれ求め
られる。この差演算回路３は例えば第７図の如く、コン
パレータ２４、セレクタ２５および減算器２６より構成
される。すなわち、コンパレータは濃度差Ａ１１Ａｊを
比較し、Ａｉ　）Ａｊであれば最大値はＡｉ１最小値は
Ａ、とし、これをセレクタ２５で選択した後、減算器２
６により減算を行い、その結果（ｈｉ−ｈｊ）を出力す
る。もし、Ａｉ≦Ａｊ　　ならば、セレクタ２５ａはＡ
ｊを、またセレクタ２５ｂｌ；ｊＡｌをそれぞれ選択し
、その結果減算器２６により（Ａｊ−Ａｉ）が計算され
て出力される。以上により、対向サブウィンドウの濃度
差Ｂ１〜Ｂ４が演算出力される。

第８図に、対向濃度平均部の回路構成を示す。

これは平均回路２７（２７ａ〜２７ｄ）よりなり、例え
ば対向サブウィンドウｗｓ１とＷｓｓとの平均値は平均
回路２７ａにより演算される。この場合、２人力なので
平均回路２７ａ〜２７ｄは具体的には加算器であり、出
力するときに１ビツトシフトすることで、２で割った値
を結果Ｃ１〜Ｃ４として出力するようにしている。第９
図に、周囲サブウィンドウから背景濃度値を求める背景
濃度検出部の回路構成を示す。黒文字の場合には、背景
濃度値は周囲サブウィンドウの濃度値の最大値を検出し
、白文字の場合には逆に最小値を検出する。

従って、黒文字では検出回路２８は最大値検出回路であ
り、白文字では最小値検出回路である。第１０図に、最
大（最小）検出回路の具体例を示す。

これは、コンパレータ２９、トライステートバッファ３
０ａ　、３０ｂおよびインバータゲート３１からなり、
入力ＡｉとＡｊの大小をコンパレータ２９でチェックし
た結果得られるセレクト信号Ｓｅにより、入力Ａｉのバ
ッファ３０ａかＡｊのバッファ３０ｂのいずれかを選択
するもので、バッファのいずれか一方が選ばれれば他方
のバッファは選ばれない。従って、セレクト信号Ｓｅは
インバータゲート３１で反転されて用いられる。そして
、最大値検出の場合には、Ａ　ｊ’　＞　Ａ　ｉ　で信
号Ｓｅが例えばＨｉ　ｇ　ｈとなってバッファ５０ｂが
開き、Ａｊ≦Ａｉならば信号ＳｅはＬｏｗとなってバッ
ファ３０ａが開くようになっている。なお、最小値検出
の場合にはセレクト信号Ｓｅの論理は逆となる。

第１１図に、背景濃度差検出部の回路構成を示す。これ
は第３図の対向濃度差検出部と同じく差演算回路３２（
３２２〜３２ｄ）からなり、各差演算回路３２ａ〜３２
ｄは背景濃度値ＡＢＣと各対向サブウィンドウの平均濃
度値Ｃ１〜Ｃ４との差を演算して出力する。これにより
背景濃度差Ｄ１〜Ｄ４が出力される。第１２図に、背景
平坦度検出部の回路構成を示す。対向濃度差（Ｂ１〜Ｂ
４）と背景濃度差（Ｄ１〜Ｄ４）の内で最大の値（また
は最小値）を、検出回路３５ａ〜３３ｄにより各方向ご
とに求める。この検出回路５３ａ〜３３ｄは第９図のそ
れと同じである。こへで、平坦度Ｅ１〜Ｅ４を厳しく判
定する場合に拡最大値を検出し、甘く判定したい場合に
は最小直を検出するようにする。

第１５図に、着目濃度差検出部の構成を示す。

これは、着目サブライ・ンドウの濃度値ＡＱと対向サブ
ウィンドウの濃度平均値Ｃｏ〜Ｃ４との差を各対向方向
ごとに濃度差演算回路３４（３４ａ〜３４ｄ）で演算し
、各方向ごとの着目濃度差Ｆ１〜Ｆ４を演算する。濃度
差演算回路３４の具体例を第１４図に示す。これは、減
算器３５、コンパレータ３６、トライステートバッファ
３７ａ、５７ｂおよびインバータゲート３８からなり、
着目濃度値Ａｏと対向平均濃度値Ｃｉとの差を減算器５
５で減算し、減算結果が負の時にはコンパレータ３６の
セレクト信号Ｓγにより、減算結果Ｓｚではなく値＠０
”を出力するバッファ３７ｂを開いて、濃度差信号とし
て出力する。黒文字の場合には減算器３５の出力２はＣ
１−Ａｏで、Ｃ１〉Ａｎの時には信号Ｓ２が出力され、
Ｃｉ≦ＡｏＱ時には値＠０”が出力される。バッファ３
７ａ。

３７ｂはインバータゲート３８により、いずれか一方の
みが選択される。一方、白文字の場合には減算器５５の
出力Ｓ２はＡｏ−Ａｉで、Ａｏ≦Ｃｉの時には値“０”
が出力される。第１５図に、背景平坦度の比較部の回路
構成を示す。第１２図に示す検出部より検出された平坦
度Ｅ１〜Ｅ４は設定部１３より与えられる上限値Ｌｕと
コンパレータ３９ａ〜３９ｄにて比較され、上限値より
小さい時その出力０１〜Ｇ４はｒ）ＩｉｇｈＪ　　とな
る。また、上限値より大きい時は、その出力０１〜Ｇ４
は［ＬｏｗＪとなる。第１６図に、着目濃度差の比較部
の回路構成を示す。第１３図に示す検出部からの着目濃
度差Ｆ１〜Ｆ４は設定部１５より与えられる下限値Ｌｄ
とコンパレータ４０（４０ａ〜４０ｄ）で比較され、そ
の結果１１１〜Ｈ４は濃度差が下限値より大きい時にｒ
ＨｉｇｈＪで、小さい時にｒＬｏｗＪと々る。彦お、第
１５図と第１６図における上限値Ｌｕと下限値Ｌｄとは
、対向方向により互いに異なる値としてもよい。この実
施例では、水平、垂直方向と斜め方向とで別な値にして
いる。　　　　゛ 平坦度と着目濃度差との比較結果Ｇ１〜Ｇａ＋Ｈ１〜Ｈ
４から文字線検出部１７で文字線か否かが判定される。

その文字線検出部の回路構成を第１７図に示す。これは
アンドゲート４１（４１ａ〜４１ｄ）、４４、オアゲー
ト４２およびナントゲート４３等よりなり、アンドゲー
ト４１ａ〜４１ｄにて各方向毎に平坦度と濃度差との論
理積をとり、いずれか１つでも条件を満たせばアンドゲ
ート４４の出力は「ＨｉｇｈＪ　となり、いずれも満た
さないかまたは全てを満たすときは「ＬｏｗＪとなるの
で、これにより文字線信号すなわち２値信号Ｔとして出
力するものである。こ〜で、文字線の場合はアントゲ−
）４１ａ〜４１ｄの出力がすべて１になったときは文字
線ではないものとして出力し＾ ないようにするため、ナントゲート４５が設けられる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、着目画素を中心に着目サブウィンド
ウを作り、着目サブウィンドウの４方向（水平、垂直、
斜め２方向）に対向する周囲サブウィンドウ対を構成し
て対向サブウィンドウの濃度差、平均濃度値と背景濃度
値との差である背景濃度差から求まる背景平坦度、およ
び着目濃度値と平均濃度値との差である着目濃度差によ
り文字線の判定を行うようにしているので、幅の広い濃
度ムラやヨゴレを文字線と区別することができ、このよ
うなムラやヨゴレに影響されない２値画像を抽出するこ
とができる利点がもたらされる。また、周囲サブウィン
ドウと着目サブウィンドウとの関係で文字線か否かを判
定をしているので正方格子ウィンドウの幅板上の周期の
緩やかな背景変化がらっても文字線を抽出し、２値化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図は量子
化画像の一例を示す説明図、第３図は正方格子状ウィン
ドウの構成を示す概念図、第４図は局所平均部の構成を
示すブロック図、第５図は文字線と各ザブウィンドウと
の関係を説明するための説明図、第３図は対向濃度差検
出部の構成を示すブロック図、第７図は差演算回路の具
体例を示すブロック図、第８図は対向濃度平均部の構成
を示すブロック図、第９図は背景濃度値検出部の構成を
示すブロック図、第１０図は最大（最小）検出回路の具
体例を示すブロック図、第１１図は背景濃度差検出部の
構成を示すブロック図、第１２図は背景平坦度検出部の
構成を示すブロック図、第１３図は着目濃度差検出部の
構成を示すブロック図、第１４図は濃度差演算回路の具
体例を示すブロック図、第１５図は背景平坦度の比較部
の構成を示すブロック図、第１６図は着目濃度差の比較
部の構成を示すブロック図、第１７図は文字線検出部の
構成を示すブロック図である。 符号説明 １・・・・・・識別対象文字、２・・・・・・テレビカ
メラ、３・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、４・・・・・・フ
レームメモリ、５・・・・・・２次元局部メモリ、６・
・・・・・着目／周囲局所平均部、７・・・・・・対向
濃度差検出部、８・・・・・・背景濃度値検出部、９・
・・・・・対向濃度平均部、１０・・・・・・背景濃度
差検出部、１１・・・・・・背景平坦度検出部、１２・
・・・・・着目濃度差検出部、１３．１５・・・・−・
設定部、１４゜１６・・・・・・比較部１．１７・・・
・・・文字線検出部、２１・・・・・・加算回路、２２
・・・・・・除算回路、２５（２３ａ〜２３ｄ）、３２
　（３２ａ　〜５２　ｄ　）　＝−・差演算回路、２４
，２９，３６，３９（３９ａ〜３９ｄＬ４Ｑ（４０ａ〜
４１）ｄ）・・・・・・コンパレータ、２５（２５ａ　
、　２５　ｂ　）−・・セレクタ、２６，３５−・・・
・・減算器、２７（２７ａ〜２７ｄ）・・・・・・平均
回路、２８（２８ａ〜２８ｇ’）、３３（３３ａ〜３３
ｄ）・・・・・・最大値（最小値）検出回路、３０ａ、
３０ｂ。 ３７ａ、３７ｂ・・・・・・トライステートバッファ、
３１．６８・・・・・・インバータゲート、３４（３４
ａ〜３４ｄ）・・・・・・濃度差演算回路、４１（４１
ａ〜４１ｄ）・・・・・・アンドゲート、４２・・・・
・・オアゲート。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 １１１２　閃 ’（ＣＪｌ 哨　４　図 第５１１Ｐ＋ ！＠　７　ａ すＡ 第９　図 １１１ｏ図 第１１１Ｉ　　　ヌ １１１１３内 Ｍ１４１！！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　文字を含む線図形をその背景とゝもにラスタ走査し画
   素化して得られる各画素に対し互いに分離された複数の
   サブウインドウからなる正方格子状ウインドウを発生さ
   せるウインドウ発生手段と、各サブウインドウ毎にその
   平均濃度値を演算する第１の演算手段と、 着目ウインドウに対する周囲サブウインドウの各濃度値
   から背景濃度値を抽出する第１の抽出手段と、 前記第１演算手段からの出力にもとづき対向する周囲サ
   ブウインドウ対毎にその濃度差および平均濃度値を演算
   する第２の演算手段と、 該第２演算手段からの平均濃度値と前記第１抽出手段か
   らの背景濃度値との差で表わされる背景濃度差を演算す
   る第３の演算手段と、 該第３演算手段からの背景濃度差と前記第２演算手段か
   らの対向濃度差とから背景平坦度を抽出する第２の抽出
   手段と、 前記第１演算手段からの着目濃度値と第２演算手段から
   の平均濃度値とから着目濃度差を演算する第４の演算手
   段と、 該第４演算手段からの着目濃度差が濃度差下限値以上で
   あるか否かを判定する第１の判定手段と、前記第２抽出
   手段からの背景平坦度が平坦度上限値以下であるか否か
   を判定する第２の判定手段と、 を備え、各対向方向毎に背景平坦度と着目濃度差とを総
   合判定し、文字線か否かを判定して２値化することを特
   徴とする２値化装置。