JPS63234773A - ２値化処理装置 - 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〕 本発明は、ファクシミリや画像読取装置等において中間
調画像を２値化するための２値化処理装置に関する。更
に詳しくは、中間調画像を２値化する方法の一つである
平均誤差最小法を利用した２値化処理装置に関する。

〔従来の技術〕

平均誤差最小法を利用した従来の２値化処理装置では内
部演算において整数部の演算しか行なっていないことと
演算における丸め誤差による演算レンジのオーパフロウ
を考えて誤差データを−２１から２ｎ−”−１を表現す
る数としてメモリ装置に格納していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、平均誤差最小法を利用した従来の２（−１化処
理装置における誤差データ格納方法では、誤差データを
メモリ装置に格納するときに切り捨てられるビット数が
多く、これが画像劣化の−っの原因となっていた。そこ
で、本発明はこの問題を解決しようとするもので、その
目的とすることは、誤差データをメモリ装置に格納する
ときに切り捨てられるビット数を減らすことにより画質
の良い２値化画像が得られる２値化処理装置を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明の２値化処理装置は、平均誤差最小法を利用した
２値化処理装置において、重み係数に２のべき乗を選ん
で演算における丸め誤差による演算レンジのオーパフロ
ウを防ぐことと内部演算を小部部においても行なうこと
で、誤差データを−２１−１から２ｎ−’−１を表現す
る数としてメモリ装置に格納することを特徴とする。

〔実施例〕

本発明方法の説明に先たち、平均誤差最小法について述
べる。平均誤差最小法は、着目画素周辺の既２値化決定
画素における２値化濃度値の修正濃度値に対する誤差を
求め、該誤差に所定の重み係数を掛け、これを着目画素
の実際の０度値に加算して着目画素の修正濃度値を求め
、該修正濃度値と閾値との比較により２値化信号を得る
もので１Ｍ、Ｒ，５ｃｈｒｏｅｄｅｒ　（米ベル研究所
）により１９６９年３月にＩＥＥＥＬＪＳｐｅｃｔｒｕ
ｍに発表された論文ｒ１ｍａｇｅｓ　　ｆｒｏｍ、＝ｃ
ｏｍ＄）ｕｔｅｒｓＪの中で述べられているｒＬｏｃａ
ｌ　　５ｐａｔｉａｌ　　ａｖｃｒａｇｅ　ｓ　　ｏ　
ｆ　　ｂ　ｒ　ｉ　ｇ　ｈ　ｔ　ｎ　ｅ　ｓ　ｓ　Ｊが
基本で、その後Ｎ　Ｊ、Ｆ、Ｊａｒｖｉｓ　（米ベル研
究所）らにより１９７６年５月に、Ｃｏｍｐｕ　Ｌｃ　
ｒｇｒａｐｈｉｃｓ　　ａｎｄ　　ｉｍａｇｅ　　ｐｒ
。

ｃｅｓｓｉｎｇに発表された論文ｒＡ　　５ｕｒｖｅ　
ｙ　　ｏ　ｆ　　ｔ　ｅ　ｃ　ｈ　ｎ　ｉ　ｑ　ｕ　ｅ
　ｓ　　ｆ　ｏ　ｒ　　Ｌｈｅ　　ｄｉｓＰｌａｙ　　
ｏｆ　　ｃｏｎｔｉｎｕ。

ｕｓ　　ｔｏｎｅ　　ｐｉｃｔｕｒｅｓ　　ｏｎ　　ｂ
ｉｌｅｖｅｌ　　ｄｉｓｐｌａｙｓＪの中でｒｍｉｎｉ
ｍｉｚｅｄ　　ａｖｅｒａｇｅ　　ｅｒｒｏｒ　　ｍｅ
ｔｈｏｄＪという形で改良された方法である。

具体的には、第２図に示すように、Ｘ方向を主走査方向
、Ｙ方向を副走査方向としたとき、中間調画像のＵｉ索
（ｘ、ｙ）の実際のｉＯ度値をＪｘｙ（０−Ｒ）、着目
画素（ｘ　＊　　ｙ　）の２値化信号をＩｘｙ（０或い
は１）、着目画素（ｘ、ｙ）の修正濃度値をＪ’ＸＶ％
誤差をＥｘｙ　＝Ｊ’　ｘｙ　−Ｒ’ｌｘｙとし、重み
係数のマトリクス（Ａ。

」）を、例えば、 但し、木製着目画素 とずれば、修正０度値Ｊ’ｘｙは次の式（２）から求め
られる。

Ｊ’ｘｙ”Ｊｘｙ　＋ΣＡＩＪ ・ＥＸ＋Ｊ−３・　ｙ＋＋　−薯°・・（２）そして、
２値化信号Ｉｘｙは、とのＪ’　ｘｙの値に応じて次の
ように決められる。

但し、画素（３，３）に至る府では、Ｊ′８．のａ１算
ができないため、この画素までの修正０度値は、例えば
、Ｊ’ＸＹ＝Ｊ’ｘｙとみなし、（３）式よりＩｘｙを
求める。

以上の方法が平均誤差最小法であり、これを利用した２
値化処理装置は第３図のように構成される。アナログ画
信号がＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換された後２値
化処理装置に入力される。

メモリ装置には、主走査方向の少なくと６２ライン分の
誤差が記憶されており、演算部は式（１）のマトリクス
に対応する画素の誤差データをメモリ装置から読み出し
、マトリクスの重み係数を掛け、これらを加算しさらに
Ａ／Ｄ変換器から出力される着目画素の実際の濃度値Ｊ
ｘ、ｙを加算するという演算が行なわれる。

第１図は、本発明の２値化処理装置の構成図である。以
下、第１の実施例について説明する。２値化処理装置に
人力されるデジタル画信号は７ビツトで、０〜１２７の
階調データが入力される。

入力回路１はデジタル画信号から前処理として６４　（
Ｒ／２）を減するためのもので、実際には６４の補数１
１００００００　（２進数）が加数として与えられてい
る加算器で構成されている。ビット拡張回路３は８ビツ
トのデータをｌＯビットに拡張するためのもので実際に
は第４図のように構成されている。ビットシフト４は重
み係数を掛けるための回路で、本実施例で用いているｍ
５図に示す重み係数マトリクスによってシフト段数が決
定されるが、着目画素の実際の１Ｑｌｆ値が入ってくる
ときにはシフトしない。ＡＬＵ及びＡＣＣは１０ビツト
で構成されており、着目画素の実際の濃度値とメモリ装
置に記憶されている誤差に重み係数を掛けたものを次々
と加算する。第６図にＡＬＣで加算するものの順序とビ
ットシフト４により掛けられる重み係数を示す。メモリ
装置から読み出す誤差は、着目画素を処理するときには
決定しているから、メモリ装置へのアクセス順序は必ず
しも第６図の順序である必要はない。また、重み係数を
掛けるビットシフト回路４は、あらかじめ第７図のよう
にビットシフトしたデータを２つ用賃しておき、重み係
数が１のものと合わせて３つのデータからセレクタによ
り選択することで高速化している。第７図の左辺はメモ
リ装置により読み出したデータをビット拡張回路３でＩ
Ｏビットにしたものであるが、メモリ装置７に記憶され
ている誤差データはビット縮小回路１１で小数点位置を
１ビツトずらしてＥ／２としであるため、重み係数が１
／４の誤差に対しては１ビツト、重み係数が１７８の誤
差に対しては２ビツトシフトするだけでよい。誤差デー
タをＥ／２としてメモリ装置に記憶させることと、ＡＬ
Ｕ５で小数点以下の桁も計算させることにより、誤差デ
ータの情報量が１ビット増えることになる。ＡＬＵ５に
おいて第６図の順序で計算された修正ａＩｆ値Ｊｌ讐；
νは比較器１０で２値化信号になる。比較器１−０にお
ける閾値は０４　（Ｒ／２）だから、実際にはＡＣＣＯ
の最上位ビットである第７ビツトを見て、０ならば２値
化信号は１に、■ならば２値化信号は０になればよく、
比較器１０は第８図のような簡単な回路で構成できる。

これは、デジタル画信号が人力されるときに入力回路１
で前処理として６４を減じておいたため、閾値が６４の
ときにはＡＣＣのデータが正であるか負であるかを判別
すればよく、シたがって符号ビットである最上位ビット
の第７ビツトを見ればよいためである。

誤差データは、２値化の結果により、 Ｉｘｙ＝０のとき Ｅｘ　ｙ　”Ｊ’　ｘ　ｙ　＋６４ Ｉ　ｘ　ｙ　”　１のとき Ｅｘｙ＝Ｊ’ｘｙ　　６４ とするが、６４は２進数で０１００００００　（２進数
）、６４の補数は１１００００００　（２進数）である
ことから実際には上位２ビツトの加算でよく、上位から
３ビツト目以下は変化しない。

また、実際にＪ’ｘｙ＆Ｅｘｙの上位２ビツトの、ＩＩ
ｌみ合わせを考えてみるとｍ９図のようになりＥ８、の
上位２ビツトはフＳに同じとなる。したがって、ＥＸＶ
のビット７は情報量が無いため、メモリ装置２に誤差デ
ータを格納する際には小数点位置を１ビツトずらし、第
１Ｏ図のビット縮小回路１１により８ビツトにしている
。第１０ビツト縮小回路で％Ｊ’Ｘ）’からＥｘｙを計
算し１ビツトシフトした後８ビツト縮小したことになる
。８ビツトにビット縮小された着目画素（ｘ、ｙ）の誤
差データはメモリ装置７に格納されて着目［素の処理を
終了し、次の画素（ｘ＋１．ｙ）を新しい着目画素とし
て処理を続ける。比較器１０で２値化された２値化信号
はＩｘｙ８画素の処理が終了する毎に出力回路８で８ビ
ツトのパラレルデータに変換して出力される。なお、重
み係数マトリクスにより参照する誤差の画素位置が画像
領域の外に出るときには、ＡＬＵ５でその誤差を加算し
ないように制御回路９から信号が出ている。以上説明し
た第１の実施例によれば、重み係数に２のべき乗を選ぶ
ことにより計算時の丸め誤差がなくなり必ずＥｘｙの上
位２ビツトが等しくなることを利用し、誤差データが（
−２＠）〜（２’−１）を表現する数となるように誤差
データの小数点位置を１ビツトずらしてメモリ装置に格
納することにより、誤差データの任効ビットが１ビット
増え画質の良い２値化画像を得ることができる。

本発明の２値化処理装置の第２の実施例は、第１の実施
例における重み係数マトリクス（Ａ。

Ｊ）を第１１図のようにしたことを特徴とする。

重み係数の和は原理的にはｌであるべきだが、ｌに近け
れば実際上問題はない。むしろ、誤差の参照画素数を増
やし、かつ重み係数を２のべき乗の形に選ぶ方が高速に
高画質の２値化画像が得られる。本実施例では、■み係
数マトリクスの和が１より１７１６だけ大きいためビッ
ト拡張回路３では８ビツトデータを第１２図のように１
１ビツトにビット拡張し、第１の実施例に比べ上位に１
ビツト追加している。ＡＬＵ５とＡＣＣ６は１１ビツト
で措成され、第１の実施例と同様に修正濃度値Ｊｌｘｙ
が計算される。比較器１０は符号ビットであるビット８
をインバータに通すことで実現している。２値化信号の
結果により、６４又は６番の補数を修正濃度値Ｊ’ｘｙ
に加算し、誤差Ｅｘｙを計算するが、実際にＪ’ｘｙと
Ｅｘｙの上位３ビツトの組み合わせを考えてみるとｉｌ
ａ図のようになる。修正濃度値Ｊ’ｘＶの範囲は高々−
１３２〜１３１であるから、第１３図のうち（ｂ）と（
ｅ）の２つの場合は起こり得ない。また、（ａ）、（ｂ
）、Ｃｇ＞、（ｈ　）の４つの場合については修正ａｌ
ｆ値Ｊ’ｘｙの範囲カー１２８〜１２７の場合であるか
ら第１の実施例の場合と同様に、Ｅｘｙのビット６とビ
ット７はＪ’ｘｙのビット１６を反転したもので、ＥＸ
ｙのビット５以下はＪｌｘｙのビット５以下と同じでよ
い。（ｃ）の場合は修正濃度値Ｊ′にｙが１２７を超え
誤差Ｅｘｙが６３を超える場合で、（ｂ）の場合は修正
濃度値Ｊｌｘｙが−１２８より小さく誤差Ｅ　ｘ　ｙが
−６４より小さい場合であるが、（ｃ）の場合には誤差
Ｅｘｙを６３＝００１１１１１１（２進数）に、（ｂ）
の場合には誤差Ｅｘ、を−６４＝１１００００００　（
２進数）にするために、具体的には第１４図のようなビ
ット縮小回路で実現している。第１４図のビット縮小回
路で、Ｊ’ＸＶからＥ　ｘ　ｙを計算し１ビツトシフト
した後８ビツトにビット縮小したことになる。８ビツト
にビット縮小された着目画素（ｘ、ｙ）の誤差データは
８ビツトデータバスにのせられ、図に記して無い誤差デ
ータレジスタに一時記憶され、次の画素（ｘ　＋１　＋
　　ｙ　）とその次の画素（×＋２．ｙ）の処理が終了
した後メモリ装置に格納される。これは、第１１図に示
した重み係数マトリクスで誤差を参照しながらもメモリ
Ｈｍに格納する誤差データを主走査方向の画素数の２ラ
イン分に納めるためである。したがって、誤差Ｅｘ−ｔ
＋ｙとＥ　ｘ−Ｈ＋　ＹをＡＬＵに読み込む際には、メ
モリ装置から読み込むのではなく誤差データレジスタか
ら読み込むように制御回路９で制御しているがＡＬＵ側
から見れば同じことである。

出力回路８における処理、■み係数マシリクスにより参
照する誤差の画素位置が画像領域の外に出るときの処理
については第１の実施例における処理と全く同様である
。以上説明した第２の実施例によれば、誤差データを規
画化しく一２’　）〜（２’−１）を表現する数とする
ためのビット縮小回路を付加することにより、誤差デー
タの存効ビフトが下位方向に１ビット増え画質の良い２
値化画像を得ることができる。

本発明の２値化処理装置の第３の実施例は、第２の実施
例において、入力回路における前処理をなくしたことと
、ビット縮小回路で行なっていた修正濃度値Ｊ’ｘｙか
ら誤差ＥｘｙへのＲＩ算を加算器を使って実現している
ことを特徴とする。入力回路１では第１５図に示すよう
に７ビー／　）のデジタル画信号の上位にφを加えて８
ビツトに拡張しており、第１の実施例、第２の実施例に
おける前処理すなわちデジタル画信号から６４（ｌ≧／
２）を減するという処理をしない。このため濃度値Ｊｘ
ｙはＡＬＵにおいて６０〜１２７の階調データとして扱
われる。ビットシフト回路４・ＡＬＵ５・ＡＣＣ６によ
る修正に５ＵＪ’ｘｙの求め方は第２の実施例と全く同
様である。比較器１０は閾値を６４として修正濃度値Ｊ
’ｘｙが６４以上かどうかを判別すればよ＜、シたがっ
てＪ　Ｉ８ｙのビット８が０でビット７が１であれば２
値化信号１ｘｙを１としそれ以外の場合にはＯとすれば
よく、具体的には第１５図のような回路で構成している
。勿論、比較器１０をコンパレータで構成しその設定閾
値を６４とすることもできる。誤差Ｅｘｙは２値化信号
１ｘｙの結果により、Ｉｘｙ”Ｏのとき Ｅｘｙ＝Ｊ’ｘｙ Ｉｘｙ”１のとき Ｅｘｙ　”Ｊ’　ｘｙ−１２８ とするが、ＩＸｙが１のときに１２８の補数を加えると
いう処理をＡＬＵ５の加算器を利用し、１ｘｙが１のと
きには制御回路０がＡ　１．、　Ｕ　５に１２８の補数
を出力することにより実現している。ピッ）Ｍ小回路１
１は誤差Ｅｘｙの範囲が（−２＠）〜（２“−１）とな
るように親画化すればよく具体的には第１６図のように
構成されている。

第１６図のビット縮小回路で、Ｌｘｙを（−２６）〜（
２ｎ−１）の範囲を表現す、２る数となるように規画化
し８ビツトにビット縮小している。このことにより、従
来はＥｘｙのビット７からビット０を８ビツトの誤差デ
ータとしていたのに比べ、小数点１桁のビットＡ誤差情
報として８ビツトの誤着データに入れることができるよ
うになる。誤差レジスタによる処理、出力回路８におけ
る処理、重み係数マトリクスにより参照する誤差の画素
位置が画像領域の外に出るときの処理についてはｍ２の
実施例における処理と全く同様である。以上説明した第
３の実施例によれば、誤差データを親画化して（−２ｎ
　）〜（２＠−１）を表現する数とするためのビット縮
小回路を付加することにより、誤差データの有効ビット
が下位方向に１ビット増え画質の良い２値化画像を得る
ことができる。さらに、本実施例において比較器１０を
コンパレータで構成し閾値を６４以外の値にも設定可能
とすることにより２値化と同時に濃度調整ができるとい
う特別の効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、平均誤差最小法
を利用した従来の２値化処理装置では内部演算において
整数部の演算しか行なっていないことと演算における丸
め誤差によるオーパフロウを考えて誤差データを一２ｎ
から２１−１を表現する数としてメモリＨＲに格納して
いたのに対し、内部演算を小数部においても行なうこと
と誤差の重み係数に２のべき乗を選んでオーパフロウを
防ぐことで誤差データを−２１−１から２ｎ　−１−１
を表現する数としてメモリ装置に格納することにより、
誤差データの情報量が１ビット増え画質の良い２値化画
像が得られる。また、誤差の重み係数として従来の形を
とる場合や係数の和が１を少しだけ超えるような場合に
も誤差データの範囲を−２１−１から２１′Ｉ−’−１
に親画化するための手段を付け加えることで誤差データ
を−２１−１から２ｎ’−’−１を表現する数としてメ
モリ装置に格納することにより、誤差データの情報量が
１ビット増え画質の良い２値化画像が得られる。また、
従来ビットシフト回路では重み係数に等しい段階だけ誤
差データをシフトしていたがメモリ装置に記ｔＵする誤
差データをＥ／２にしたことでビットシフト回路でシフ
トする段数が一段少な（なり、ビットシフト回路をシフ
トレジスタで構成する場合には高速化が実現できるとい
う利点もある。また、誤差データの範囲を−２１−１か
ら２ｎ−’−１に親画化してメモリ装置に格納する本発
明の２値化処理装置においては、閾値を可変とすること
で２値化と同時に濃度調整ができるという特別の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２値化装置の構成図。第２図は画素の
配列の説明図。ｍ３図は本発明の２値化装置の概構成図
。第４図は本発明の第１の実施例におけるビット拡張回
路３の構成図。第５図は本発明の第１の実施例における
重み係数マトリクス関係図。第６図は本発明のｍｌの実
施例における演算順序と重み係数相関図。第７図は本発
明の第１の実施例におけるビットシフト回路７の構成図
。第８図は本発明の第１の実施例における比較器１０の
構成図。第９図は本発明の第２の実施例におけるＪ′８
．とＥｘｙの比較図。第１０図は本発明の第１の実施例
におけるビット縮小回路１１の構成図。第１１図は本発
明の第２の実施例における重み係数マトリクス関係図。 第１２図は本発明の第２の実施例におけるビット振張回
路３の構成図。第１３図は本発明の第２の実施例におけ
るＪｌｘｙとＥｘｙの比較図。第１４図は本発明の第２
の実施例におけるビット縮小回路１１の構成図。第１５
図は本発明の第３の実施例における比較器１０の構成図
。第１６図は本発明の第３の実施例におけるビット縮小
回路の構成図。 以　　上 出願人　　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　最　上　　務　他１名＋　　２　３　
４　５−−−−−−−−−Ｘ−−−−第２図 第３図 第４図 第５図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アナログ入力画信号をｎビットのデジタル信号に
   変換するＡ／Ｄ変換器と、着目画素周辺の既２値化決定
   画素における誤差データを格納するメモリ装置と、該メ
   モリ装置より必要な誤差データを読み出し所定の重み係
   数を掛け前記Ａ／Ｄ変換器から出力される着目画素の実
   際の濃度値に加算する演算部と、該演算部から出力され
   る修正濃度値と閾値とを比較して２値化信号を出力する
   比較器とを具備し、前記メモリ装置には、２値化信号の
   修正濃度値に対する誤差が−２＾ｎ＾−＾１から２＾ｎ
   ＾−＾１−１の範囲を表現する数として記憶されること
   を特徴とする２値化処理装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項載の２値化処理装置におい
   て、２値化信号の修正濃度値に対する誤差を−２＾ｎ＾
   −＾１から２＾ｎ＾−＾１−１の範囲に規格化する手段
   を付け加えたことを特徴とする２値化処理装置。