JP3752805B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、M値階調画像をN(N<M)値階調再現する画像処理装置に関し、詳しくは、M値階調画像を構成する画素のうちN(N<M)値階調再現対象である注目画素を誤差拡散法を利用し、該注目画素に対して所定の周辺位置に存在する周辺画素のN値化誤差を該注目画素に拡散して、順次、N値階調再現処理可能な画像処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の画像処理装置として従来から知られているものに、入力された多値階調画像を誤差拡散法を利用して2値階調再現可能な画像処理装置がある。この種の従来の画像処理装置で利用される誤差拡散法は、読取り画像の注目画素の濃度と表示濃度との差(2値化誤差)を所定の誤差拡散マトリクスを用いて所定の周辺画素に拡散していく方法であり、換言すれば、注目画素の濃度に所定の周辺画素の2値化誤差を所定割合ずつ拡散させて重み付けを行なった後、表示濃度を算出する方法である。以下にその概要について説明する。
【0003】
図5は、従来の誤差拡散法を示すブロック図である。多値階調入力画像を構成する各画素の濃度データを
Ixy(0≦Ixy≦1)
Ixyに対応して出力される2値化画像を構成する各画素の濃度データを
Bxy(Bxy=0or1)
とすれば、後述する重み付き平均誤差Eavexyによる補正を考慮しない場合には、2値化誤差Exyは、次の(1)式で算出される。
【0004】
Exy=Ixy−Bxy・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
誤差拡散法は、2値化誤差を周辺画素に拡散することでその2値化誤差を平均して小さくする手法であり、図5には、周辺画素の2値化誤差を処理対象画素に誤差拡散する際に用いられる誤差重み付けフィルタ15が示されている。*は、処理対象の画素(この画素を特に注目画素という)であり、この注目画素の画素データIxyに対して、誤差重み付けフィルタ15の点線枠内に属する位置の他の処理済の周辺画素の2値化誤差Exyが、それぞれ図示する重み付け係数(1/16、2/16、3/16)分だけ誤差拡散され、注目画素Ixyの濃度データが補正される。したがって、実際には、注目画素データIxyの補正後のデータI’xyに基づいて先の(1)式に示した2値化誤差Exyが算出されるのであり、図5に示すように誤差拡散のための誤差フィードバックループが形成されている。注目画素データIxyのデータ補正値をEavexyとすると、補正後のデータI’xyは、次の(2)式により、算出される。
【0005】
I’xy=Ixy+Eavexy・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
ここで、補正値Eavexyは、入力された注目画素データIxyに対する重み付き平均誤差であり、誤差重み付けフィルタ15の重み付け係数をKi ,j(iは主走査方向のマトリクスサイズであり、たとえば、i=5、jは副走査方向のマトリクスサイズであり、たとえば、j=3)とすると、次の(3)式で算出される。
【0006】
Eavexy=Σ(Ki ,j×Ei ,j)・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
図5において、9は注目画素の濃度データとその周辺誤差の重み付き平均誤差Eavexyとの加算を行なう加算器であり、上記式(2)による補正後のデータI’xyを2値化のための比較器10および2値化誤差算出のための減算器11に出力する。
【0007】
比較器10では、上記(2)式で得られた補正後のデータI’xyと所定のしきい値Thとの比較が行なわれて、その結果が出力され、その結果に応じて2値化が行なわれる。これにより、次の(4)式に示すように2値化画像を構成する画素の濃度データBxyが定められる。
【0008】
Bxy=1(I’xy≧Th)or0(I’xy<Th)・・・・・・・・・(4)
また、比較器10の比較結果はセレクタ12へも入力される。セレクタ12では、比較器10からの入力結果に応じて次の(5)式に示すように2値化誤差Exyを算出する際の基準値B’xyが選択されて、減算器11にその値が出力される。
【0009】
B’xy=HB(Bxy=1)orLB(Bxy=0)・・・・・・・・・・(5)
上記(5)式において、HB(High基準値)およびLB(Low基準値)は、それぞれ、出力される画素濃度のダイナミックレンジの上限値と下限値で与えられる値であり、たとえば、HB=1、LB=0となる。
【0010】
次に、減算器11では、2値化誤差Exyが、先の(1)式に対して、次の(6)式で算出されることになる。
【0011】
Exy=I’xy−B’xy・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6)
減算器11の算出結果は誤差格納部14に格納され、加算器9に次のIxyが入力されるごとに積和演算器13にその格納データが出力される。積和演算器13は、入力データIxyに応じて誤差格納部14に格納されている2値化誤差Ei ,jを順次読出して重み付け係数Ki ,jと2値化誤差Ei ,jとを乗じ、重み付き平均誤差Eavexyを算出する。そして、その結果を加算器9へ出力する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
以上、概説した誤差拡散法は、優れた解像度と階調性が得られる点にその特徴を有する。しかしながら、2値化処理直前(1画素前)に注目画素として選択された直前選択画素の2値化誤差Exyが算出されるのを待って、初めて次の注目画素に加算すべき重み付き平均誤差Eavexyが算出可能となり、次の注目画素を取り込んで加算器9で注目画素の演算が開始可能となるために、処理の高速化が課題となっている。
【0013】
そこで、たとえば、特開平6−98157号公報には、多値ディザ法により、誤差拡散回路の演算ビット精度を小さくする技術が開示されている。しかしながら、この技術によると、低濃度部におけるディザテクスチャや回路規模の増大といった新たな問題が生じてしまう。
【0014】
本発明は、従来方式において処理の高速化を妨げる要因が、図5の破線で示した誤差フィードバックループが注目画素1つを処理する1画素サイクル全体に係わっていることにあることに着目してなされたものであり、その目的は、誤差拡散法本来のもつ、解像度と階調性とを損ねることなく、高速処理が可能な画像処理装置を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、M値階調画像を構成する画素のうちN(N<M)値階調再現対象である注目画素を誤差拡散法を利用し、該注目画素に対して所定の周辺位置に存在する周辺画素のN値化誤差を該注目画素に拡散して、順次、N値階調再現処理可能な画像処理装置であって、
前記周辺画素のうち、前記注目画素の少なくとも1画素前にN値階調再現処理対象として選択された直前選択画素を除外した周辺画素から該注目画素に拡散すべきN値化誤差を演算する第1演算手段と、
該第1演算手段で演算されたN値化誤差を前記注目画素の濃度値に加算する加算手段と、
所定の基準値から前記加算手段の加算結果を減算する減算手段と、
前記第1演算手段で除外された周辺画素から該注目画素に拡散すべきN値化誤差を演算する第2演算手段と、
該第2演算手段の演算結果と前記減算手段の減算結果とを比較して、前記注目画素をN値階調再現するN値階調再現手段とを含むことを特徴とする。
【0016】
請求項1に記載の発明によると、前記加算手段は、前記第2演算手段による前記演算の完了を待つことなく、すでに第1演算手段で演算されているN値化誤差を前記注目画素の濃度値に加算する処理を開始できるようになる。したがって、少なくとも前記直前選択画素の前記N値階調再現手段による処理の完了を待たずして、前記注目画素のN値階調再現処理を開始させることが可能となる。さらに、前記基準値から前記加算手段の加算結果を差し引いた値、すなわち、少なくとも前記直前選択画素のN値階調再現処理の終了を待つことなく予め演算可能な値と、前記第2演算手段の演算結果、すなわち、前記直前選択画素のN値階調再現処理の終了を待って演算可能となる値とが比較されて前記注目画素がN値階調再現される。このため、N値階調再現処理の高速化を図ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明における実施の形態の1つである画像処理装置について説明する。
【0020】
図1は、画像処理装置1の構成および処理概要を説明するためのブロック図である。画像処理装置1は、MPU2、CCDなどの光電変換素子およびこれを走査する駆動系からなる画像入力装置3、A/D変換装置4、Log変換装置5、先鋭度補正装置(MTF補正装置)6、ガンマ補正装置7、画像2値化装置8、画像記録装置9を含む。
【0021】
画像入力装置3は、たとえば連続階調画像、線画などからなる混在原稿を読取って標本化アナログ信号を生成する。A/D変換装置4は、画像入力装置3で生成された標本化アナログ信号を1画素がたとえば8ビット(256階調)の値を持つ連続階調反射率データとして量子化する。Log変換装置5は、量子化された連続階調反射率データを対数変換して8ビット連続階調濃度データを算出する。先鋭度補正装置(MTF補正装置)6は、たとえばラプラシアンフィルタなどのデジタルフィルタを用いて、8ビット連続階調濃度データ画像の先鋭度補正を行なう。ガンマ補正装置7は、画像入力装置3と画像記録装置9の階調カーブの差異を補正して画像処理装置1全体として望ましいガンマ特性を実現するために、ガンマ補正を行なう。このガンマ補正は、たとえば256ワード8ビット程度のLUT(ルックアップテーブル)として機能するRAMを用いて、MPU2により非線形ガンマ補正データが設定されることにより行なわれる。画像2値化装置8は、後述する誤差拡散2値化法を用いて、ガンマ補正された8ビット連続階調濃度データを明暗に応じた1ビット2値データに変換する。変換された1ビット2値データは、電子写真プリンタあるいはインクジェットプリンタなどからなる画像記録装置9により所定の記録媒体に印字される。
【0022】
図2は、画像処理装置1で行なわれる誤差拡散2値化処理を説明するためのブロック線図である。また、図3および図4は、図2の誤差拡散2値化処理の処理手順を示すフローチャートである。
【0023】
図2を参照して、画像処理装置1は、重み付き平均誤差Eave’xyを算出する積和演算器20、多値階調から成る注目画素データIxyの画素濃度と重み付き平均誤差Eave’xyとを加算して、その加算結果I”xyを減算器23と加算器24へ出力する加算器16、所定のしきい値Thから加算器16の加算結果I”xyを減算して、その減算結果を比較器17へ出力する減算器23、Ixyの処理直前(1画素前)に入力された注目画素データIx-1,y の2値化誤差Ex-1,y からIxyに誤差拡散される拡散誤差E’x-1,y を算出して、その算出結果を比較器17と加算器24に出力する乗算器25、乗算器25から出力されたE’x-1,y と減算器23から出力された「Th−I”xy」とを比較して2値化出力画素データBxyを出力する比較器17、比較器17から出力されたBxyと基準値(High基準値HBまたはLow基準値LB)とから2値化誤差算出の際の基準値B’xyを算出して、その算出結果を減算器18へ出力するセレクタ19、加算器16と積算器25とからそれぞれ出力されたデータを加算してIxyの補正後のデータI’xyを算出し、算出結果I’xyを減算器18へ出力する加算器24、加算器24から出力されたI’xyとセレクタ19から出力された基準値とから2値化誤差Exyを算出し、算出結果をラインメモリ21に出力する減算器18、減算器18から出力された2値化誤差Exyを走査ラインごとに記憶し、必要に応じて積和演算器20へ出力するラインメモリ21を含む。
【0024】
従来技術として説明した図5のブロック線図と比較して特に注目すべき相違点は、入力された注目画素データIxyに対して加算される重み付き平均誤差Eave’xyが、Ixyの1画素前に入力された注目画素データIx-1,y の2値化誤差Ex-1,y を除外して算出される点にある。したがって、注目画素データIx-1,y の2値化誤差Ex-1,y が算出されるのを待たずして、次の注目画素データIxyの処理を開始可能である。
【0025】
以下に、処理内容の詳細について、図2を参照しつつ、図3および図4のフローチャートに基づいて説明する。まず、図3を参照して、注目画素データIxyが加算器16に入力されたか否かが判断される(S1)。注目画素データIxyは、前述のガンマ補正された8ビット連続階調濃度データを構成する画素の1つであって、2値化対象となる画素の濃度データである。
【0026】
注目画素の入力がない場合には処理が終了したか否か、すなわち、多値階調入力画像のすべての画素について2値化処理が終了したか否かが判断される(S12)。
【0027】
そして、すべての画素について2値化処理が終了していない限り処理が再びS1に戻る。
【0028】
注目画素が入力されれば、この注目画素の濃度データに加算すべき重み付き平均誤差E’avexyが算出される(S2)。この重み付き平均誤差E’avexyは、Ixyの1画素前に入力された注目画素データIx-1,y の2値化誤差Ex-1,y を除外して算出される。具体的には、図2の誤差重み付けフィルタ22に示される注目画素Ixy位置(*)の左隣の画素がIx-1,y の位置であり、次の(7)式で算出される、Ix-1,y の2値化誤差Ex-1,y からIxyに誤差拡散される拡散誤差E’x-1,y が重み付き平均誤差E’avexyには含まれていない。
【0029】
E’x-1,y =2/16×Ex-1,y ・・・・・・・・・・・・・・・・・(7)
次に、加算器16において重み付き平均誤差E’avexyがIxyに加算されてI”xyが算出され、算出されたI”xyが減算器23と加算器24とに出力される(S3)。
【0030】
I”xy=Ixy+E’avexy・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8)
前述のように、重み付き平均誤差E’avexyには、拡散誤差E’x-1,y が含まれないために、加算器16では、次の注目画素データIxyが入力されば、先に入力されたIx-1,y の2値化誤差Ex-1,y が算出されてるいるか否かに係わらず、即座に加算処理を実行できる。
【0031】
次に、減算器23において、所定のしきい値ThからI”xyが減算されて減算結果が比較器17のポートBへ出力される(S4)。次に、比較器17において、比較器17のポートAに入力されたデータとポートBに入力されたデータとが比較される(S5)。ここで、比較器17のポートAには、図4で後述するように、注目画素データIxyの1画素前に入力されたIx-1,y の2値化誤差Ex-1,y からIxyに誤差拡散される拡散誤差E’x-1,y が入力されている。比較器17は、ポートAに入力されたデータE’x-1,y とポートBに入力されたデータTh−I”xyとを比較して、次の(9)式が成立する場合には2値化画像を構成する画素の濃度データBxyを1とし(S6)、不成立の場合にはBxyを0とする(S7)。
【0032】
E’x-1,y ≧Th−I”xy・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(9)
ここで、S5〜S7の処理により定められるBxyが、先の(4)式に示した基準と同一基準で定められるものであることを以下に説明する。
【0033】
まず、(9)式に先の(8)式を代入すると、
E’x-1,y ≧Th−(Ixy+E’avexy)となり、これを変形すると、
(Ixy+E’avexy)+E’x-1,y ≧Thとなる。
【0034】
また、E’avexy+E’x-1,y は、すなわち、先の(2)式で示した、Eavexyに等しいために、上記(9)式は、以下のように変形できる。
【0035】
Ixy+Eavexy≧Th・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(9)’
さらに、先に示した(2)式の、Ixy+Eavexy=I’xyを上記(9)’式に代入すると次の(9)”式となる。
【0036】
I’xy≧Th・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(9)”
上記(9)”式、およびS9,S10より、Bxyは、次の(10)式に従って定められることになり、この条件は先に示した(4)式と同一となる。
【0037】
Bxy=1(I’xy≧Th)or0(I’xy<Th)・・・・・・・・(10)
上記手順で設定されたBxyは、画像記録装置9(図1参照)とセレクタ19へ出力される。
【0038】
次に、S6またはS7で設定されたBxyが1であるか否かが判断される(S8)。Bxyが1の場合には、High基準値HBがセレクタ19で選択され、HBが基準値B’xyとして減算器18に出力される(S9)。一方、Bxyが1でない場合には、すなわちBxy=0であり、Low基準値LBがセレクタ19で選択され、LBが基準値B’xyとして減算器18に出力される(S10)。
【0039】
次に、注目画素位置が更新され(S11)、すべての画素について2値化処理が終了していない場合には再度処理が前記S1に戻り(S12)、上記処理が繰返し行なわれる。
【0040】
引き続いて図4を参照して、処理内容を説明する。まず、乗算器25において、Ixyの1画素前に入力されたIx-1,y の2値化誤差Ex-1,y からIxyに誤差拡散される拡散誤差E’x-1,y が算出される(S21)。次に、算出された拡散誤差E’x-1,y が比較器17のポートAと、加算器24とに出力される。これにより、比較器17では、S5の比較処理が可能となる。
【0041】
次に、加算器24において、加算器16からI”xyが入力されるのを待って(S23)、I”xyとEx-1,y とが加算されて、誤差重み付けフィルタ22による重み付けがなされたI’xyが算出され、減算器18に出力される(S24)。
【0042】
次に、減算器18において、セレクタ19から前記S9またはS10によるB’xyが入力されるのを待って(S25)、I’xyからB’xyが減算されて2値化誤差Exyが算出され、ラインメモリ21に出力される(S26)。出力された2値化誤差Exyがラインメモリ21内に格納された後(S27)、処理上、先のExyがEx-1,y に置き換えられて次に入力される注目画素データIxyの処理のために前記S21以降の処理が繰返し行なわれる。
【0043】
以上説明したようにこの実施形態によれば、注目画素データIx-1,y の2値化誤差Ex-1,y が算出されるのを待たずして、次の注目画素データIxyの処理を開始可能であるために、従来の処理手順に比較して高速処理が可能である。しかも、図2の破線に示すように誤差フィードバックループが1画素サイクル全体に係わることのないようにすることで高速処理を実現可能にしたために、誤差拡散法本来のもつ、解像度と階調性とを損ねることもない。
【0044】
すなわち、従来の処理方法では、誤差拡散法の原理式の順序に従って忠実に回路が構成されていたために、予め処理を行なうことが可能な演算であっても、1画素サイクル内で行なわざるを得ない演算(Ex-1,y に関わる誤差フィードバック量)とともに誤差フィードバックループ内で処理され、2値化処理全体としての時間が大きくなっていた。そのため、高速な画素サイクルに対応することが困難であった。この実施形態によれば、1画素サイクル内で処理すべき演算結果と、予め処理できる演算結果とを比較することにより、高速な画素サイクルへの対応が可能となる。
【0045】
次に、以上説明した実施形態の変形例を列挙する。
(1) 比較器17では、Th−I”xyとE’x-1,y とが比較されるように構成したが、I”xyとTh−E’x-1,y とが比較されるように構成し、次の条件に従ってBxyが定められるように構成してもよい。
【0046】
Bxy=1(I’xy≧Th−E’x-1,y )
Bxy=0(I’xy<Th−E’x-1,y )
この場合、しきい値Thが入力される減算器23は、加算器16と加算器24との間に設けられることになる。
【0047】
(2) この実施形態では、注目画素データIxyに対して、その直前(1画素前)に注目画素として選択された直前選択画素の画素データIx-1,y の2値化誤差E’x-1,y を除外して重み付き平均誤差E’avexyを先に算出し、これをIxyに加算する処理を行なっている。
【0048】
しかしながら、これに代えて、たとえば、注目画素データIxyに対して、その直前(1画素前)に注目画素として選択された直前選択画素の画素データIx-1,y の2値化誤差E’x-1,y と、さらにその1画素前に注目画素として選択された画素データIx-2,y の2値化誤差E’x-2,y とを除外して重み付き平均誤差E”avexyを先に算出し、これをIxyに加算する処理を行なってもよい。この場合には、図2の比較器17のポートBに「Ixy+E”avexy−Th」を、ポートAに「E’x-1,y +E’x-2,y 」を、それぞれ入力して両者を比較してBxyを算出することになる。この構成によれば、先に示した実施形態に比較して1画素サイクル内で処理すべき演算量が増える(E’x-1,y +E’x-2,y の演算)結果、その分だけ処理遅延が発生するが、図5の従来構成に比較すれば処理の高速化を図ることができる。なお、この構成では、注目画素データIxyに対して、その2画素前までのデータIx-1,y 、Ix-2,y の2値化誤差を除外して重み付き平均誤差を算出することについて説明したが、Ix-2,y 以前に注目画素として選択された画素の2値化誤差をも除外して先に重み付き平均誤差を算出するように構成してもよい。すなわち、少なくとも、Ix-1,y の2値化誤差を除外して先に重み付き平均誤差を算出し、処理を進めることで、2値化処理の高速化を図ることができる。ただし、より処理の高速化を図る場合には、図2に示したように画素データIx-1,y の2値化誤差E’x-1,y のみを除外する構成とすることが望ましい。1画素サイクル内で処理すべき演算量が最も少なくなるためである。
【0049】
(3)この実施形態では、5×3のマトリクスから成る誤差重み付けフィルタ22を例に挙げて説明しているが、たとえば、3×2など他のマトリクスサイズから成る誤差重み付けフィルタを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像処理装置1の概略構成を示すブロック図である。
【図2】画像処理装置1の制御処理を説明するためのブロック線図である。
【図3】画像処理装置1の制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図4】画像処理装置1の制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図5】従来の画像処理装置の制御処理を説明するためのブロック線図である。
【符号の説明】
1 画像処理装置
8 画像2値化装置
17 比較器
19 セレクタ
21 ラインメモリ
20 積和演算器
22 誤差重み付けフィルタ
24 加算器
25 積算器
Claims (1)
- M値階調画像を構成する画素のうちN(N<M)値階調再現対象である注目画素を誤差拡散法を利用し、該注目画素に対して所定の周辺位置に存在する周辺画素のN値化誤差を該注目画素に拡散して、順次、N値階調再現処理可能な画像処理装置であって、
前記周辺画素のうち、前記注目画素の少なくとも1画素前にN値階調再現処理対象として選択された直前選択画素を除外した周辺画素から該注目画素に拡散すべきN値化誤差を演算する第1演算手段と、
該第1演算手段で演算されたN値化誤差を前記注目画素の濃度値に加算する加算手段と、
所定の基準値から前記加算手段の加算結果を減算する減算手段と、
前記第1演算手段で除外された周辺画素から該注目画素に拡散すべきN値化誤差を演算する第2演算手段と、
該第2演算手段の演算結果と前記減算手段の減算結果とを比較して、前記注目画素をN値階調再現するN値階調再現手段とを含むことを特徴とする、画像処理装置。
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