JP2844580B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はデイジタル画像処理
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】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、入力原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。 【０００３】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、線画
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。 【０００４】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
ないためであると考えられる。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った。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
っためデイザマトリクスによる再網点化を行なうと原画
の網点の周期性とデイザマトリクスによる周期性とが干
渉して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。 【０００５】 【発明の実施の形態】 〈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
例を図１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。 【０００６】図２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２４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。 【０００７】図３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ックダイヤグラムである。ＣＣ
Ｄ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ビットのデジ
タル信号に変換され、次のシェーディング補正回路３３
により加減算シェーディング補正される。かかる信号処
理は予め白板のシェーディングデータをＲＡＭに記憶し
ておき得られた画像データからこのシェーディングデー
タを減ずる事により行われる。 【０００８】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、エッジ強調回路３５によりエ
ッジ部が強調されγ変換回路３６によりγ変換されディ
ザ回路３７によりディザ閾値と比較され２値化（又は多
値化）され出力される。図４はスムージングのための一
行のフィルタ行列である。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ィルタをたた
み込む（コンボリューション）事によって行われる。 【０００９】図４Ａが連続する３画素に対して、図４Ｂ
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。図４Ａのフィルタの場合を例にとると一次元コンボ
リューションは、 【００１０】 【数１】 【００１１】となる。但しｐは画像データ、ａは重み係
数で図４Ａ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ューションの物理
的意味は、入力画像が網点写真の場合、一次元コンボリ
ューショ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。 【００１２】コンボリューションを主走査方向（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（アパチャー関数）が大きくなりＭＴＦ（MODULA
TION TRANSFER FUNCTION) 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時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。 【００１３】図５は図４Ａに示され連続した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４２ａ，４２ｂ，４２ｃに入力し、遅延回路４
２ａ，４２ｂ，４２ｃは前後の２画素と合わせて同時に
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
され割り算回路４４により１／３され出力信号４５を得
る。 【００１４】個々の遅延回路は、通常のＤ型フリップフ
ロップを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ＲＯ
Ｍ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。 【００１５】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に次段のエッ
ジ強調回路での前処理としての効果がある。即ちエッジ
強調でエッジを強調する時、誤ってノイズも強調される
事を防ぐためである。図６はエッジ強調用の５×５のフ
ィルタマトリクスの図で通常ラプラシアンとよばれる。
図７Ａ，図７Ｂはかかるラプラシアンを画像信号へ施す
ための回路のブロック図である。 【００１６】図７Ａ中のラインメモリ６０ａ乃至６０ｆ
の各々は主走査方向１ライン分の長さと階調に応じた深
さを持っている。又、図６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。書き込みの順序は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。従って、例えばそ
の順序は６０ａ→６０ｂ→６０ｃ→６０ｄ→６０ｅ→６
０ｆ→６０ａ……となる。 【００１７】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、図６の行列の要素を
ｂ_ijとすれば、変換後の各画素は 【００１８】 【数２】 【００１９】と表わせる。又、図６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，ｂ₅₃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防げ
る。 【００２０】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，５
２ｃ，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，ｂ₃₃，ｂ
₃₅，ｂ₅₃に対応する画素である事は容易に分かる。 【００２１】従って、図６のラプラシアンを施す事は図
７Ｂに示された回路に入力された５３ａ，５３ｂ，５３
ｃ，５３ｘ，５３ｄ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，５３
ｃ，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
よって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図６のラプラシアンを施した事と
なる。 【００２２】本実施例においては、図６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、図７Ｂ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ってエッジ強調の度合つまり
尖鋭化の程度を変化しうる。図７Ｂ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ビットシフトアップする
事によって代用できる。 【００２３】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ＲＯ
Ｍ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ＰＲＯＭ（プログラ
ム可能なリードオンリメモリ）を用いると、このＰＲＯ
Ｍは４Ｋ×８ビッ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。従って、αとして１６（＝２⁴）通りの異なっ
たエッジ強調の大きさを実現できる。又、５３ｘは８ビ
ットあれば最大２５６階調表現できるので使用上十分で
ある。 【００２４】図８は図５，図７Ａ，図７Ｂに示された空
間フィ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
ッジ強調による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、エッジ
強調により比較的低周波域を高める。 【００２５】このエッジ強調周波数は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。図１４はかかるスムージングとエッジ強調の
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、１
８２は前述のエッジ強調（図６の５×５のフィルター）
による周波数特性を示している。 【００２６】図からも解るように、エッジ強調にて強調
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８ｐｅｌ／ｍｍ、１８１の場合は
５．３ｐｅｌ／ｍｍである。従っ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／ｍ
ｍ）はエッ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っている。 【００２７】これはエッ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
一次元フィルターのサイズよりも大きい事から生ずる。
この様にエッジ強調のマトリクスサイズがスムージング
の一次元フィ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。 【００２８】〈第２実施例〉第１実施例で述べた図５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った。しかし、それ以
下の粗い網点写真に対してモアレ縞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ィルタサイズ
を大きくしても逆に線画の尖鋭さが失われるのみであ
る。従って、第２実施例では網点の粗い（８５線から１
２０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。 【００２９】第２実施例の画像処理装置のブロック構成
も図３に示されたブロック構成をとる。しかし、第２実
施例においてはエッジ強調回路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ッジ強調回路３５で
対処しようというものである。図９はスムージング回路
３４に続く次段のエッジ強調回路３５のブロック図であ
る。前段のスムージング回路の出力４５は図９のエッジ
量検出回路１００、スムージング回路１０１に入力され
る。出力４５はエッジ量検出回路１００により画像のエ
ッジ部分が抽出され、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。 【００３０】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１
０３により合成された画像はモアレ縞が抑えられ尖鋭さ
も失われないのである。 【００３１】次にエッジ量検出回路１００に採用される
ラプラシアンのフィルタ行列を図１０に示す。図１１は
スムージング回路１０１に採用されるフィルタ行列であ
る。図１３Ａは図１０のラプラシアンを施すための演算
回路図、図１３Ｂは第１１のスムージングフィルタを施
すための演算回路図である。又、図１２は上記２つのフ
ィ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。 【００３２】図１２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
に応じた深さを持っている。又、セレクタ１５０，１５
１はラインメモリ１６０ａ乃至１６０ｆ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１
６０ａ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。 【００３３】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１６
０ａを書き込み中にはラインメモリ１６０ｂ，１６０
ｃ，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１
６０ｃ，１６０ｄ，１６０ｅ，１６０ｆ，１６０ａから
取り出す。以下同様の手順で取り出される。 【００３４】取り出しデータは２画素遅延回路１５２
ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ及び１画素遅延回路
１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄにより各々遅
延される。図１３Ａはエッジ量検出回路１００の一部で
あって、図１２の遅延回路と共に図１０のラプラシアン
の演算を施すための回路図である。図１０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、図１３Ａの回路への入
力信号は１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄ，１
５４ｘのみでよい。 【００３５】入力１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５
４ｄ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。このようにしてエッジ部が抽出強
調された画像信号を得る。図１３Ｂは図１１のスムージ
ングを施すための演算回路である。図１０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、図１
２の出力１５４ｅ，１５４ｆ，１５４ｇ，１５４ｈ，１
５４ｘのみ取り出して図１３Ｂの加算器１７０に入力
し、除算器１７１にて５２で割られる。このようにして
図１１に示されたスムージングが施されるのである。 【００３６】一方、エッジ量検出回路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
よりエッ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線までの網点写真に対してもモアレ
縞の発生を抑えるためには、相当広範囲の領域にわたっ
て（つまり、大きなサイズのスムージングフィルタ行列
を用いて）スムージングを行わねばならない。 【００３７】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
エッジ強調回路３５でエッジ部を強調しても効果がな
い。更にはエッ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は後段のエッ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って生ずる
モアレ発生を抑える。 【００３８】そして後段のスムージング回路１０１によ
っ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、一方画像のエッジ部はこのスムー
ジング回路１０１を経由せずにエッジ量検出回路１００
によって抽出、さらに乗算器１０２によって強調されて
前記のスムージング回路１０１の出力と合成されるので
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。 【００３９】次に第２実施例に示されたエッジ量検出回
路１００その他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型フリップ
フロップで構成できる。又、除算器１７１も同様にＲＯ
Ｍ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
ビットシフトアツプする事により代用できる。又、乗算
器１０２も第１実施例の乗算器１５４と全く同様に富士
通社製ＭＢ７１４２Ｈなる双極型ＰＲＯＭを使う事によ
って構成できる。 【００４０】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、他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。 【００４１】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っ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。 【００４２】 【発明の効果】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。
特に、平滑化においては、ライン方向に垂直な方向での
ＭＴＦの低下を抑制することができ、輪郭の劣化を防止
することができる。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】 【図１】本発明を適用する画像記録装置の概略を表す図
である。 【図２】本発明を適用する画像入力装置の概略を表す図
である。 【図３】本発明を適用した画像処理装置のブロツク構成
図である。 【図４Ａ】連続した３画素に対するスムージングフイル
タの行列図である。 【図４Ｂ】連続した２画素に対するスムージングフイル
タ行列図である。 【図５】スムージング回路３４の構成図である。 【図６】第１実施例におけるエツジ強調回路３５の回路
構成図である。 【図７Ａ】第１実施例におけるエツジ強調回路３５の回
路構成図である。 【図７Ｂ】第１実施例におけるエツジ強調回路３５の回
路構成図である。 【図８】第１実施例の空間フイルタの周波数応答図であ
る。 【図９】第２実施例におけるエツジ強調回路３５の回路
構成図である。 【図１０】第２実施例にて適用されるラプラシアンを表
す図である。 【図１１】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である。 【図１２】第２実施例のエツジ強調回路３５の一部回路
図である。 【図１３Ａ】第２実施例におけるエツジ量検出回路１０
０の演算部の図である。 【図１３Ｂ】第２実施例のスムージング回路１０１の演
算部の回路図である。 【図１４】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。 【符号の説明】 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〜６０ｆ，１６０ａ〜１６０ｆ ラインメモリ ５２ａ〜５２ｄ，１５２ａ〜１５２ｄ ２画素遅延回路 ４４，１７１ 除算器 ５４，５８，１０２，１５８ 乗算器 ４３，５６，１０３，１５５，１７０ 加算器 ５５，１５６ 加減算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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55−58670（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 1/40 - 1/409 H04N 1/46 H04N 1/60

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．画素毎の多値画像信号をライン単位で入力する入力
   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であって、前記ライン方向に一次元
   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２次元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。