JP2916171B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、文字部と写真部とが混在した文書画像を、
文字部の解像性及び写真部の階調性を高く維持しつつ二
値化処理を行う画像処理装置に関する。

（従来の技術） 従来、写真等のイメージ情報を含む文書画像を処理す
る際の二値化手法の１つとして誤差拡散法が用いられて
いる。この誤差拡散法は、雑誌「Proceeding of the S.
I.D Vol.17 2 Second Quarter 1976 75−77」の文献「A
n Adaptive Algorithm for Spatial Greyscale」に記載
されているように、注目画素を一定の閾値で二値化した
際の二値化誤差に所定の重みを乗じたものを注目画素周
辺の所定領域の未だ二値化されていない画素に分散さ
せ、未だ二値化されていない画素を二値化するに際し、
この分散された二値化誤差を補正値として加味して二値
化を行なおうとする方式で、具体的には次のような手順
で実現される。

スキャナ等で読み取って入力した文書画像について、
注目画素を一定の閾値Thで二値化して出力画像とすると
ともに、この二値化により生じる二値化誤差ｅijを求め
る。

二値化誤差ｅijの値を、注目画素に対して例えば５図
に示すような位置関係を有するウインドウWr内の４つの
未だ二値化されていない画素Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに、それぞ
れKa、Kb、Kc、Kdの割合で分配する。

上記及びの処理を画像を順次走査しながら１画素
毎に行う。

この誤差拡散法は、写真部の階調性と文字部の解像性
とを高く維持する方法として極めて有効な二値化手法と
いうことができる、この方法により処理された出力画像
のうち、文字部についてはエッジ部等が正しく再現され
ず、ぎざぎざ（ジャギー）になったり、細部が正確に再
現されない等の欠点があり、写真部については、処理画
像に独特の縞模様であるテクスチャが目立つ等の欠点が
あった。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、上記したように誤差拡散法により処理さ
れた出力画像のうち、文字部についてはエッジ部等が正
しく再現されず、ぎざぎざ（ジャギー）になったり、細
部が正確に再現されない等の欠点、及び写真部について
は、処理画像に独特の縞模様であるテクスチャが目立つ
等の欠点を解消するためになされたもので、文字部につ
いてはエッジ部や細部が正しく再現された解像性に優れ
た画像を、また写真部についてもテクスチャのない階調
性に優れた画像を得ることのできる画像処理装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の画像処理装置は、処理対象画像における注目
画素データを二値化する二値化手段と、この二値化手段
により二値化された濃度値と、二値化する前の濃度値と
の差を量子化誤差として算出する量子化誤差算出手段
と、この量子化誤差算出手段により算出された量子化誤
差の大きさを変化させることなく、前記量子化誤差を前
記注目画素の近傍の未だ二値化されていない複数の周辺
画素に対して分配するべく、前記複数の周辺画素の間で
その濃度値に応じた重み付け係数を算出する重み付け係
数算出手段と、この重み付け係数算出手段で算出された
重み付け係数に従って前記周辺画素に分配する誤差量を
算出する分配誤差量算出手段と、この分配誤差算出手段
で算出した誤差量により順次注目画素データを補正する
補正手段とを具備したことを特徴とする。

（作用） 本発明は、処理対象画像中の注目画素を二値化するに
際して発生する量子化誤差を、上記注目画素の近傍所定
領域の未だ二値化されていない周辺画素に所定の重み付
け係数に従って分配することにより量子化誤差を分散さ
せて二値化処理を行う場合に、上記重み付け係数を周辺
画素の濃度に応じて動的に変更しながら二値化処理を施
すようにしたものである。これにより、量子化誤差を配
分する先の周辺画素の濃度値に応じて重み付け係数が決
定され、つまり、誤差が正の場合は誤差を配分する先の
周辺画素のうち濃度値の大きいものほど重み付け係数も
大きく、また、誤差が負の場合は誤差を配分する先の周
辺画素のうち濃度値が小さいものほど重み付け係数が大
きくなるように決定され、周辺画素の濃度値が高い画素
ほど正の誤差が大きい割合で配分されて濃度値はより高
くなり、逆に濃度値が低い画素ほど負の誤差が大きい割
合で配分されて濃度値はさらに低くなる。そのため、特
に文字部のエッジや細部を正確に再現し、入力画像を忠
実に再現した処理画像が得られるとともに、写真部につ
いても、従来の誤差拡散法で一定の重み付け係数を用い
ることによって発生していたテクスチャが、重み付け係
数を周辺画素の濃度値に応じて一画素ごとに変化させる
のでテクスチャの基本単位が細分化されて小さくなり、
処理画像のテクスチャが視覚的にあまり目立たなくなっ
ている。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明に係る画像処理装置の概略構成を示す
ブロック図である。この画像処理装置は、図示しないイ
メージスキャナ等の読取装置にて読み取った画像情報
を、例えば１画素あたり８ビットのデジタルデータとし
て入力し、これに二値化処理を施して黒画素又は白画素
データとして出力するものである。

第１図において、ラインバッファ１は、図示しない読
取装置から入力されたデジタルデータとしての画像情報
を一時的に記憶し、以下に行う画像処理に供するもので
ある。

この画像処理装置は、ラインバッファ１から読み出さ
れる画像情報ｆijと分配誤差総和値Δｆ′ijとを加算し
て補正濃度値ｆ′ijを出力する加算回路２と、加算回路
２で得られた補正濃度値ｆ′ijを闘値Thでスライスして
二値化し、二値化出力値ｇijを得る二値化回路３と、二
値化出力値ｇijと補正濃度値ｆ′ijとの差を算出して量
子化誤差ｅijとする量子化誤差算出回路４と、量子化誤
差ｅijを所定の近傍画素に分配する際の重み付け係数を
求める重み付け係数値算出回路５と、量子化誤差ｅijに
重み付け係数を乗じて分配誤差量を求める分配誤差量算
出回路６と、未処理画素に分散するための分配誤差総和
値を一時的に格納しておく誤差用ラインバッファ７とか
ら構成される。

次に、第１図に示した上記各回路について個々に詳細
に説明する。

加算回路２は、ラインバッファ１からクロックCLKに
同期して、１画素単位で入力される画像情報と誤差用ラ
インバッファ７に格納されている分配誤差総和値Δｆ′
ijとを加算して補正濃度値ｆ′ijを求めるものである。
上記誤差用ラインバッファ７については、後に詳述す
る。

次に、二値化回路３及び量子化誤差算出回路４につい
て説明する。二値化回路３は、前述した加算回路２で得
られた補正濃度値ｆ′ijと一定の闘値Thとを比較して、
以下の条件のもとで二値化出力値ｇijを発生するもので
ある。

量子化誤差算出回路４は、このようにして得られた二
値化出力値ｇijと加算回路２で得られた補正濃度値ｆ′
ijとの差すなわち量子化誤差ｅijを求めるものである。

次に、重み付け係数値算出回路５について説明する。
重み付け係数値算出回路５は、前述した量子化誤差算出
回路４によって求めた量子化誤差ｅijを、第２図に示す
ような、注目画素（斜線部の画素）の周辺画素A,B,C,D
に分配する際に用いる重み付け係数を求めるものであ
る。

この際、量子化誤差ｅijが正の場合は、注目画素の周
辺画素A,B,C,Dの入力濃度値の大きいものほど重み付け
係数が大きく、量子化誤差ｅijが負の場合は、注目画素
の周辺画素A,B,C,Dの入力濃度値の小さいものほど重み
付け係数が大きくなるように決定される。

この重み付け係数値算出回路５の一例を第３図に示
す。第３図（ａ）は、量子化誤差ｅijが正の値の場合に
動作する重み付け係数値算出回路である。先ず、ライン
バッファ１の内容の写しを保持しているラインバッファ
41から、量子化誤差ｅijを配分する先の４画素の入力濃
度値ｆi+1，j、ｆi+1，j+i、ｆi，j+1、ｆi-1，j+1を読
み出し、加算回路42で、これら４画素の和sw1を求め
る。次に、除算回路43aで入力濃度値ｆi+1，jを和sw1で
除算した商を求め、この商を重み付け係数Kaとして出力
する。同様にして、入力濃度値ｆi+1，j+1、ｆi，j+1、
ｆi-1，j+1についてもそれぞれ、重み付け係数Kb,Kc,Kd
を求める。

量子化誤差ｅijが負の場合に動作する重み付け係数値
算出回路を、第３図（ｂ）に示す。量子化誤差ｅijが負
の場合は、ラインバッファ１の内容の写しを保持してい
るラインバッファ44から、量子化誤差ｅijを配分する先
の４画素の入力濃度値ｆi+1，j、ｆi+1，j+i、ｆi，j+
1、ｆi-1，j+1を読み出し、減算回路45a,45b,45c,45d
で、それぞれの入力濃度値ｆi+1，j、ｆi+1，j+i、ｆ
i，j+1、ｆi-1，j+1と入力画像信号レベルの最大値との
差を求める。このときの入力画像信号レベルの最大値
は、１画素あたり８ビットのデータの場合「255」とな
る。次に、減算回路45a,45b,45c,45dで求めた値の和sw2
を加算回路46で求める。そして、除算回路47aで、減算
回路45aの出力（255−ｆi+1，j）を和sw2で乗算して商
を求め、この商を重み付け係数Kaとして出力する。同様
にして、減算回路45b,45c,45dの各出力（255−ｆi+1，j
+i）、（255−ｆi，j+1）、（255−ｆi-1，j+1）につい
てもそれぞれ除算を行って商を求め、重み付け係数Kb,K
c,Kdを出力する。

これらの処理過程を式に表すと次のようになる。

いま注目画素の周辺画素A,B,C,Dの入力濃度値をそれ
ぞれ、ｆi+1，j、ｆi+1，j+i、ｆi，j+1、ｆi-1，j+1、
とするとA,B,C,Dの重み付け係数Ka,Kb,Kc,Kdは次のよう
に与えられる。

すなわち、ｅij≧０のときは 但し、 ｅij＜０のときは 但し、 次に、分配誤差量算出回路６と誤差用ラインバッファ
７について説明する。

分配誤差量算出回路６は、注目画素の周辺画素A,B,C,
Dに分配するための誤差量、つまり分配誤差量を求める
ものである。この分配誤差量は、前述した量子化誤差算
出回路４によって求められた量子化誤差ｅijに、前述し
た重み付け係数値算出回路５で求めた各画素に対応する
重み付け係数Ka,Kb,Kc,Kdを乗じて求められる。

この分配誤差量算出回路６で求められた分配誤差量
は、第２図に示すような誤差用ウインドウWrの各画素に
対応して設けられた誤差用ラインバッファ７に蓄えられ
る。以上のような一連の処理を、画像を一画素ずつ走査
しながら行ない、その結果、注目画素に対応する誤差用
ラインバッファ７には、第２図に示すように、４画素か
らの分配誤差総和値Δｆ′ijが蓄えられる。

次に、具体的な処理手順を、第２図を参照しながら説
明する。いま、第２図に示すように、注目画素の入力濃
度値をｆij＝90とした場合に、前画素及び前ラインから
なる誤差用ウインドウ内４画素の量子化誤差の値は、そ
れぞれ、ｅi-1，j＝80、ｅi-1，j-1＝61、ｅi，j-1＝11
0、ｅi+1，j-1＝−121であるとする。また、ｅi-1，jの
重み付け係数Kaは、（２）式より、 Ka＝ｆi,j／（ｆi,j＋ｆi,j+1＋ｆi-1，j+1＋ｆi-2，j+1） ＝90/（90＋87＋38＋50） ＝90/265 …（６） となる。

ｅi-1，j-1の重み付け係数Kbは、（２）式より、 Kb＝ｆi，j／（ｆi，j-j＋ｆi，j＋ｆi-1，j＋ｆi-2，j） ＝90/（89−90＋30＋45） ＝90/254 …（７） となる。

ｅi，j-1の重み付け係数Kcは、（２）式より、 Kc＝ｆi，j／（ｆi+1，j-i＋ｆi+1，j＋ｆi，j＋ｆi-1，j） ＝90/（99−95＋90＋30） ＝90/314 …（８） となる。

ｅi+1，j-1の重み付け係数Kdは、（４）式より、 Kd＝（255−ｆi，j）／｛（255−ｆi+2，j-1） ＋（255−ｆi+2，j）＋（255−ｆi+1，j） ＋（255−ｆi，j）｝ ＝（255−90）／｛（255−０）＋（255−０） ＋（255−95）＋（255−90）｝ ＝165/835 …（９） となる。

したがって、分配誤差総和値Δｆ′ijは次のようにな
る。

したがって、補正濃度値ｆ′ijは となる。この補正濃度値ｆ′ijと闘値Thとを比較する。
いま、Th＝128であったとすると、 ｆ′ij＞Th …（12） となるので、（１）式より、二値化出力値ｇijは「１」
となって黒画素が出力される。

この二値化の際に求められた量子化誤差をｅijとする
と、 で表される。

このようにして求めた量子化誤差ｅijは、重み付け係
数値 Ka＝95（95＋89＋87＋38） ＝95/309 Kb＝89/（95＋89＋87＋38） ＝89/309 Kc＝87/（95＋89＋87＋38） ＝87/309 Kd＝38/（95＋89＋87＋38） ＝38/309 の割合で誤差用ウインドウWr内の４画素に分配され、以
降画像を一画素ずつ走査しながら同様の処理を繰り返
す。

以上のように、従来の誤差拡散法では、注目画素の近
傍所定領域の未だ二値化されていない周辺画素に量子化
誤差を分配する際の重み付け係数Ka,Kb,Kc,Kdとして、
第５図に示すような予め決められた一定の固定値を用い
ていたが、本発明では、第２図に示すウインドWr内の４
画素の濃度値に応じて重み付け係数値Ka,Kb,Kc,Kdを動
的に決定し、この動的に決定された重み付け係数値Ka,K
b,Kc,Kdに従って量子化誤差を分配するようにしてい
る。

つまり、量子化誤差を配分する先の４画素の濃度値に
応じて重み付け係数Ka,Kb,Kc,Kdを決定する。つまり、
誤差が正の場合には、誤差を配分する光の４画素のうち
濃度値の大きいものほど重み付け係数も大きくなるよう
に、また、誤差が負の場合には、量子化誤差を配分する
先の４画素のうち濃度値が小さいものほど重み付け係数
が大きくなるように決定する。すなわち、周辺画素の濃
度値が高い画素ほど正の誤差が大きい割合で配分される
ため、濃度値はより高くなり、逆に周辺画素の濃度値が
低い画素ほど負の誤差が大きい割合で配分されるため、
濃度値はさらに低くなる。これにより、特に文字部のエ
ッジや細部を正確に再現し、入力画像を忠実に再現した
処理画像が得られるという効果がある。また、写真部に
ついても、従来の誤差拡散法で一定の重み付け係数を用
いることによって発生していたテクスチャが、重み付け
係数を入力濃度値に応じて一画素ごとに変化させるの
で、テクスチャの基本単位が細分化されて小さくなる。
そのため、処理画像のテクスチャが視覚的にあまり目立
たなくなるという作用がある。

この実施例により画像処理を施した例を第４図に示
す。第４図（ａ）は、通常の誤差拡散法、すなわち固定
の重み付け係数を用いて量子化誤差を配分して二値化処
理した画像の一部で、第４図（ｂ）は、上記通常の誤差
拡散法で固定の重み付け係数を用いるかわりに、誤差を
配分する先の４画素の濃度値に応じて動的に決定した重
み付け係数を用いて誤差を配分し、二値化処理した画像
の一部である。

第４図（ａ）に現われている斜め方向のテクスチャ
が、第４図（ｂ）では、細分化されて目立たなくなって
いることがわかる。

以上に説明した本装置によれば、誤差の配分先の４画
素の入力濃度値の割合に応じて重み付け係数を決定する
ので、従来の誤差拡散法で発生した文字部のエッジのぎ
ざぎざや、細部が正しく再現されない等の問題を解決
し、また、写真部については、誤差拡散法特有のテクス
チャをおさえた画像を得ることができる。その結果、写
真等のイメージ画像については階調性よく、また文字部
についても解像性よく二値化処理できるものとなってい
る。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、文字部につい
てはエッジ部や細部が正しく再現された解像性に優れた
画像を、また写真部についてもテクスチャのない階調性
に優れた画像を得ることのできる画像処理装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は画像処理装置の概略構成を示すブロック図、第
２図は本発明の動作原理を説明するための図、第３図
（ａ）は量子化誤差が正の場合の重み付け係数値算出回
路を示す図、同図（ｂ）は量子化誤差が負の場合の重み
付け係数値算出回路を示す図、第４図（ａ）は通常の誤
差拡散法によって処理した画像の一部を示す図、同図
（ｂ）は本発明にかかる方法で処理した画像の一部を示
す図であり、第５図は従来の誤差拡散法の動作原理を説
明するための図である。 １……ラインバッファ、２……加算回路（補正手段）、
３……二値化回路（二値化手段）、４……量子化誤差算
出回路（量子化誤差算出手段）、５……重み付け係数値
算出回路（重み付け係数値算出手段）、６……分配誤差
量算出回路（分配誤差量算出手段）、７……誤差用ライ
ンバッファ（記憶手段）。

フロントページの続き (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)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理対象画像における注目画素データを二
   値化する二値化手段と、 この二値化手段により二値化された濃度値と、二値化す
   る前の濃度値との差を量子化誤差として算出する量子化
   誤差算出手段と、 この量子化誤差算出手段により算出された量子化誤差の
   大きさを変化させることなく、前記量子化誤差を前記注
   目画素の近傍の未だ二値化されていない複数の周辺画素
   に対して分配するべく、前記複数の周辺画素の間でその
   濃度値に応じた重み付け係数を算出する重み付け係数算
   出手段と、 この重み付け係数算出手段で算出された重み付け係数に
   従って前記周辺画素に分配する誤差量を算出する分配誤
   差量算出手段と、 この分配誤差算出手段で算出した誤差量により順次注目
   画素データを補正する補正手段と、 を具備したことを特徴とする画像処理装置。