JP3244405B2 - 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、カラー画像を、
Ｒ、Ｇ、Ｂまたはシアン、マゼンタ、イエロー等の各色
成分ごとに２値化する画像処理装置に関する。特に、カ
ラー画像を、ＲＧＢ信号の各色を誤差拡散法で２値化す
る画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンやワープロ等の事務機器
のパーソナル化によって、ＣＣＤカメラ等によりカラー
画像を取り込み処理をするという要望が高まってきてい
る。しかし、ＣＣＤカメラ等を用いて画像を取り込む場
合、ファクシミリやスキャナと異なり光源が一定でない
ため、画像の明るさの調整やコントラストの調整が必要
となる。

【０００３】一方、カメラで取り込んだ画像は、ＲＧＢ
の三原色かまたはその補色系であるシアン、マゼンタ、
イエロー（以下ＣＭＹ）の３原色において、それぞれ二
値化されて表示されたり、印刷されたりする。この時、
できるだけ原画像に近い画像を表現するために、二値化
しても疑似的に階調が表現出来ればよい。

【０００４】この疑似階調表現手法としては、ディザ法
及び誤差拡散法が、よく知られている。ディザ法では、
予め決められた幾つかの画素の集合の中で、あるパター
ンに従って各画素ごとに閾値を変える。これにより、画
素値に応じて集合内の閾値を越えるドット数が変化する
ため、見た目に階調があるように見える。

【０００５】ただし表現しようとする疑似階調数と分解
能を同時に高めることはできない。すなわち、表現でき
る階調を増やすと、全体的にぼやけた画像になってしま
う。 また、ある領域における画素値の総和が保存され
ないため、微妙な色調を再現できないという欠点があ
る。これらの問題を解決し、ディザ法より高品位な二値
画像を得られるのが、周知の誤差拡散法である。

【０００６】この２値化の誤差拡散法では、閾値と画素
値（各画素におけるＲＧＢ信号や輝度等の各色成分ごと
に持つ値）を比較し、１か０かを判断した後、その値と
原画像の画素値の差を誤差とし、その誤差の符号を変え
たものを未処理画素に分配していく。これにより誤差は
打ち消され、ある領域において、原画像と二値化後の画
像の画素値の総和は保存されるため、ディザ法に比べ高
品位な画像が得られる。

【０００７】ただし、輪郭部分がぼやけてしまうという
欠点がある。このため、特開平３−１４５２７３号公報
（Ｈ０４Ｎ１／４０）にも示されるように、これを改善
するため輪郭強調を行う必要がある。この輪郭強調をＲ
ＧＢ信号のそれぞれに施すと回路規模の増大を招き、ま
た、輪郭部分で色相ずれが起きる等の問題があるため、
図２に示すように、カラー自然画像を輝度信号と色差信
号に分離し、輝度信号のみにこれらの処理を行う。

【０００８】図２において、１は、ＮＴＳＣ信号である
カラーＴＶ信号を輝度信号と、色差信号とを分離してい
る。２は、この輝度信号の輪郭強調を行う輪郭強調回路
である。９は、輝度信号のコントラスト調整を行うコン
トラスト調整回路である。３は、輝度信号と色差信号を
ＲＧＢ信号に変換する変換回路である。

【０００９】５は、ＲＧＢ信号を誤差拡散処理を利用し
て、２値信号に変換する回路であり、ＲＧＢ信号を２値
の疑似中間調信号に変換する回路である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この図２の画像処理装
置において、輝度信号で輪郭強調およびコントラスト調
整を行い、ＲＧＢ信号に変換した後、誤差拡散で二値化
した場合、白っぽい背景等に不自然な点があらわれるこ
とがある。その一例を図３に示す。

【００１１】図３（ａ）は、ＣＣＤカメラ等により人物
の画像を取り込み、図２の従来のシステムに従い処理
し、コントラスト調整が終わった時点のものである。背
景（６１）に比べ人物（６２）が暗めに映っているた
め、コントラストを上げた結果、背景がとんで真っ白に
なっている。これを輝度及び色差信号からＲＧＢ信号に
変換し、２値化したのが図３（ｂ）である。

【００１２】この図３（ｂ）のように真っ白になってい
るはずの背景に不自然な点（６３）があらわれている。
これは、コントラスト調整時に、とり得る上限値（８ビ
ットなら２５５）を超えて飽和したデータを、輝度及び
色差信号からＲＧＢ信号に変換するときに、その変換誤
差により、変換結果（ＲＧＢ）が上限値よりわずかに小
さい値になってしまうことによる。

【００１３】図４を用いてこれを説明する。なお、ここ
で扱うデータはＲＧＢ信号、輝度信号、色差信号（Ｃ
ｒ，Ｃｂ）とも８ビットであるとする。すなわちそれぞ
れのとり得る値は０〜２５５（色差信号は −１２７〜
１２８）である。ここで、図４（ａ）に示すような値を
とる画素があったとする。この画素は輝度のみ１５０と
いう値を持ち、説明を簡単にするため色差信号は０とす
る。

【００１４】一般的にＣＣＤカメラの画像は、コントラ
ストが弱い。ここでコントラストをあげるために、輝度
を２倍にしたとする。すると図４（ｂ）に示すように、
輝度の値は上限値２５５を越えてしまう。２５５を越え
た値は扱えないので、その画素の輝度は２５５（すなわ
ち白）とされる。

【００１５】この後、

【００１６】

【数１】

【００１７】（１）式により、輝度信号と色差信号はＲ
ＧＢ信号に変換される。この変換が理想的で有れば、図
４（ｄ）のようにＲＧＢそれぞれ上限値２５５となり、
変換後も白色となる。この場合、輝度信号において飽和
している値が、ＲＧＢへの変換後もＲＧＢ各々が飽和し
た場合と同じ値（２５５）をとっているので問題ない。

【００１８】ところが、輝度及び色差信号からＲＧＢに
変換する（１）式の変換マトリクスをハードウエアで実
現する場合、必ずしも理想的なマトリクスを作ることは
できないので、変換に誤差が生じる。この変換誤差によ
り、変換後の値は、図４（ｅ）のように２５５を越えた
り、足りなかったりする。

【００１９】これを誤差拡散で各色を二値化すると、こ
のわずかに足りない部分が、誤差拡散特有の性質によ
り、順次積算され、この積算された値が所定の値を越え
ると、この色は発色しなくなる。例えば、Ｂ信号が発色
しない部分は、ＲＧのみの発色となるので、黄色の点と
なってあらわれる。すなわち、コントラスト調整の結
果、飽和してとんでしまい真っ白になっているはずの部
分に色のついた点があらわれるのである。

【００２０】この変換誤差と誤差拡散により発生する点
を、変換誤差ノイズと呼ぶこととする。尚、この従来例
では、コントラスト調整を、画素の輝度およびＲＧＢ各
成分を定数倍することで実現しているが、コントラスト
をあげるということは、各画素における最大値と最小値
の差を広げることになるので、他の方法をとった場合で
もコントラスト調整は各画素値が飽和しやすいという性
質を持つ。

【００２１】またコントラスト調整を行う場合、画像内
の特定部分（例えば人の顔等）を基準に行うため、その
他の部分（背景等）が飽和しがちであり、変換誤差ノイ
ズはしばしばあらわれる。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明では、画素値が飽
和しやすいコントラスト調整を、輝度信号及び色差信号
からＲＧＢ信号への変換後に行うこととする。

【００２３】

【実施の形態】本発明の構成を図１の第１実施例を参照
しながら説明する。ここで、各色成分ごとのビット数等
の条件は、従来の説明と同様とする。入力されたカラー
画像は輝度色差分離回路（１）により、輝度信号と色差
信号に分離される。

【００２４】分離された輝度信号は、輪郭強調回路
（２）により輪郭が強調される。これにより、回路規模
拡大を防ぎつつ、誤差拡散やディザ処理において輪郭が
ぼけるという欠点を補う。輪郭強調の具体的な例として
は、原画像における輝度のラプラシアンを計算し、それ
を原画像に加える方法等が挙げられる。

【００２５】次に、ＲＧＢ変換回路（３）により、輪郭
強調後の輝度信号と色差信号をＲＧＢ信号に変換する。
これは、最終的にＲＧＢ各二値のデータを得るためであ
る。この時の変換後の値の様子を図５（ａ）に示す。変
換によるわずかな誤差による差がＲＧＢ各色成分にあら
われている。

【００２６】次に、コントラスト調整回路（４）によ
り、ＲＧＢ各色でコントラスト調整を行う。コントラス
ト調整を図５を用いて説明する。ここでは、コントラス
トをあげるため、各画素におけるＲＧＢの値を２倍した
場合を考える。

【００２７】すると図５（ｂ）のようにＲＧＢすべて飽
和して上限値を越えてしまうので、コントラスト調整後
の結果は図５（ｃ）のようになる。図２の従来例におけ
る誤差拡散回路への入力データ図４（ｅ）と図５（ｃ）
を比較すると、本実施例により、誤差の無いときのデー
タ図４（ｄ）と同じデータが、誤差拡散回路（５）に入
力されていることがわかる。

【００２８】この後、誤差拡散回路（５）により二値化
処理を行う。この時、従来において現れた変換誤差ノイ
ズはあらわれない。このように、輝度及び色差信号から
ＲＧＢに変換した後に、コントラストの調整をすること
により、変換誤差ノイズの発生を防ぐことができる。図
６を参照しつつ本発明の第２実施例を説明する。

【００２９】この第２実施例では、カラー画像信号を輝
度色差分離回路（１）により輝度信号、色差信号に分離
した後、黒レベル調整回路（７）により輝度信号に黒レ
ベル調整を行っている。ＣＣＤカメラ等により取り込ん
だカラー画像における輝度信号は、最も小さな値でも０
になることはほとんどないため、各画素の輝度の値から
一定値を減じ、黒い部分を輝度０に調節する。これによ
り画面が締まり、コントラストもよくなる。

【００３０】前述の（１）式より、輝度信号より一定の
値を減ずることは、ＲＧＢ各成分から同じ値を減ずるの
とまったく等価であるため、このように輝度のみで行う
ことは、回路規模の縮小に有効である。この黒レベル調
整の後、輪郭強調回路（２）により処理がされるが、以
降は図１と同様である。

【００３１】この第２実施例では、黒レベル調整回路
（７）を輪郭強調回路（２）の前においたが、処理の順
番は逆でもよい。図７を参照しつつ本発明の第３実施例
を説明する。第１実施例では、輝度及び色差信号をＲＧ
Ｂ信号に変換したが、この第３実施例においてはＲＧＢ
信号ではなくＣＭＹ信号に変換するものである。

【００３２】つまり、コントラスト調整回路（４）の前
段にＣＭＹ信号に変換するＹＭＣ変換回路（８）を配置
している。一般的にディスプレイ等の表示にはＲＧＢが
用いられ、プリンタ等への出力にはＣＭＹ信号が用いら
れる。印字のみが目的であれば、この第３実施例のほう
が、図１の第１実施例より効率がよい。

【００３３】なお、本実施例では、輝度色差信号から直
接ＣＭＹ信号に変換しているが、一度ＲＧＢ信号に変換
してコントラスト調整等の処理を行い出力時にＣＭＹ信
号に変換してもよい。また逆に一度ＣＭＹ信号に変換し
て出力時にＲＧＢ信号に変換してもよい。この場合、図
７の構成の他に、ＲＧＢ信号からＣＭＹ信号へ、または
ＣＭＹ信号からＲＧＢ信号への変換回路が必要となる。

【００３４】印刷関係では本実施例でＣＭＹ信号と呼ん
でいる三原色にＫ（黒）を加える場合もある。本実施例
において、ＣＭＹ信号といった場合、ＣＭＹＫ信号も含
んでいる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、ＣＭＹ信号又はＲＧＢ信号等
への変換時に変換誤差が発生し、且つ、誤差拡散法によ
り２値化する画像処理装置において、発生する特有の問
題であるを変換誤差ノイズを防止するものである。本発
明では、画素値が飽和しやすいコントラスト調整を、輝
度信号及び色差信号からＲＧＢ信号等への変換後に行う
という、容易な回路変更でのみで、輝度及び色差信号か
らＲＧＢ等の各色成分に変換する際の変換誤差ノイズに
よる画像の劣化を防ぎ、高品位の画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】従来の画像処理の構成例である。

【図３】変換誤差ノイズの発生を説明する図である。

【図４】変換誤差ノイズ発生の原因を説明する図であ
る。

【図５】本実施例による信号処理を説明する図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す図である。

【図７】本発明の第３実施例を示す図である。

【符号の説明】

（１）・・・・輝度信号、色差信号分離回路、 （２）・・・・輪郭強調回路、 （３）・・・・輝度信号、色差信号からＲＧＢに変換す
る変換回路、 （４）・・・・コントラスト調整回路、 （５）・・・・誤差拡散処理回路、 （６）・・・・人物を取り込んだ画像、 （６１）・・・人物、 （６２）・・・背景、 （６３）・・・変換誤差ノイズ、 （７）・・・・黒レベル調整回路、 （８）・・・・輝度信号、色差信号からＣＭＹ信号に変
換する変換回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−93563（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−165265（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−25051（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−65159（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/40 - 1/409 H04N 1/46 - 1/64

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 輝度信号と色差信号のうち、少なくても
   一方の信号に対して画像処理を行う画像処理手段（２）
   と、 この画像処理された信号を含む前記輝度信号と色差信号
   を、Ｒ、Ｇ、Ｂまたはシアン、マゼンタ、イエロー等の
   各色成分の信号に変換する変換手段（３，８）と、 この各色成分の信号に対してコントラスト調整を行うコ
   ントラスト調整手段（４）と、 このコントラスト調整された前記各色成分の信号を誤差
   拡散法により２値化する疑似中間調変換手段（５）とを
   備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記画像処理手段（２）は、輝度信号の
   輪郭強調処理を行うことを特徴とする請求項１の画像処
   理装置。