JPH03243062A

JPH03243062A - 階調画像の二値化方法

Info

Publication number: JPH03243062A
Application number: JP2040620A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Ino; 直亮井野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1990-02-21
Filing date: 1990-02-21
Publication date: 1991-10-30
Anticipated expiration: 2014-04-19
Also published as: JP2883146B2

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、スキャナ、プリンタ、ファクシミリ・デジタ
ルコピー等における多値の階調画像を二値化する画像処
理方法に関するものである。

（従来の技術）従来、画像処理において、画像の明暗を０と１に二値化
するデータ処理が行なわれている。

第４図は、画像処理装置の一例の概略を説明するための
ブロック図である。図中、４１は画像入力装置、４２は
色変換補正装置、４３は鮮鋭度補正装置、４４は画像二
値化装置、４５は出力装置である。

画像入力装置４１からの入力階調画像データは、色変換
補正装置４２によって補色変換１色補正が行なわれ、鮮
鋭度補正装置４３によって必要な鮮鋭度補正が施された
後、画像二値化装置４４によって明度に応じた二値化デ
ータに変換される。変換されたデータは、出力装置４５
、例えば、カラープリンタにより印字される。

このように画像処理において、階調を有する画像におけ
る画素の二値化は、それぞれの画素を０と１の間の所望
の明度を持つと仮定し、画像を行ごとに走査して、各画
素を明と暗に対応した１とＯの値に二値化するものであ
る。この場合、所望の明度が、０．５以下である画素を
Ｏ２それ以外の明度を１とすると、所望の明度が０また
は１である画素は、正確に０または１に二値化されるが
、０と１との間の画素は、切り捨てられ、あるいは、切
り上げられて、０または１の明度に変換されるから、中
間の明度は、実際の明度よりも明るすぎたり、あるいは
、暗すぎる値として二値化されてしまう。したがって、
所望の明度がＯまたは１でない中間の明度の画素は、誤
差を画像中に発生させる。

フロイド（Ｆｌｏｙｄ）のアルゴリズム（Ｒ。

Ｆｉｏｙｄ＆Ｌ、Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇ：”ＡｎＡｄａｐ
ｔｉｖｅ　　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　　ｆｏｒＳｐａｔｉ
ａｌ　　ｇｒｅｙｓｃａｌｅ”、ＳＩＤ　　Ｓｙｍｐ、
、Ｄｉｇｅｓｔ　　ｏｆ　　Ｐａｐｅｒｓ、ｐ、３６　
（１９７５））として知られる誤差拡散法による二値化
では、その画素で発生した誤差をまだ走査されていない
周辺のいくつかの画素に振り分けてその明度を修正する
ものである。

第５図は、その−例の説明図である。（Ａ）図において
、各正方形は１つの画素である。クロスハツチングを施
した画素５２は、処理中の画素であり、ハツチングを施
した画素５３は、二値化処理済みの画素である。その他
のハツチングのない画素５４は、未処理の画素である。

主走査の方向である各走査線における画素の処理の方向
は、矢印５１に示すように、すべての走査線において、
左から右へ順に行なわれる。処理中の画素５２における
二値化データとの差である誤差は、例えば、同図（Ｂ）
に示すようにＡ−Ｄの重み係数に応じて４つの画素に分
配される。分配先は、同図（Ａ）に図示したように、次
に処理される画素Ａに誤差の７７１６を、次の走査線に
おける前後に位置する画素Ｂ−Ｄに、それぞれ１／１６
．５／１６゜３７１６を分配する。なお、Ｋとして図示
した位置は、Ｋ点と呼ばれる方向へのテクスチャーシフ
トを示すものである。

第３図は、上述した誤差拡散法を具体化する一例の概略
構成図である。図中、１は画像入力、２は大力バッファ
メモリ、３は加算器、４は閾値設定回路、５は比較器、
６は演算器、７は重み付は回路、８は誤差バッファメモ
リ、９は出力バッファメモリ、１０は二値化出力である
。

画像人力１は、大力バッファメモリ２に記憶され、１画
素づつ読み出される。加算器３を経て、比較器５におい
て閾値設定回路４からの一定の閾値、例えば、明度の相
当値である０、５と比較され、その大小に応じて、０ま
たは１に二値化され、出力バッファメモリ９に蓄えられ
る。また、比較器５において入力されたデータと閾値と
の差は、演算器６で演算され、得られた誤差に基づいて
重み付は回路７で第５図の重み係数による演算が行なわ
れ、誤差バッファメモリ７に記憶される。誤差バッファ
メモリ７に記憶された誤差データは、未処理の画素に対
して累計値として記憶され、加算器３に導入される画素
に対応して分配される。

したがって、二値化出力１０には、分配された誤差デー
タを加味した値に基づく二値化データが記憶される。

このアルゴリズムの問題点は、Ｋ点と呼ばれる方向への
テクスチャーシフトやヒストリー効果と呼ばれる現象に
よる線状のノイズが発生し、このノイズのために、全体
的な二値化の性能としては最も良いものとされていなが
ら、応用される例が少なかったのである。

また、数ライン分の誤差バッファ８を持たねばならず、
また計算量も多いため、装置が複雑・高価であった。

装置を簡単化するには、第６図に示すように、誤差を１
次元の方向のみに拡散する方法が考えられる。この方法
によると、数画素分のデータのメモリー容量で済むので
、装置は簡単化するが、第７図に示すように、ドツト７
１が、処理方向と垂直方向に規則性をもって現われ易く
、縞模様が出るため、主走査方向の解像度が相当高くな
いと実用にならない問題がある。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、画像を劣化させることなく、処理の高速化、回路
の単純化を可能とし、高速かつ安価に構成できる二値化
方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明は、第１発明においては、階調を持つ画像情報の
画素データを二値化し、その画素データの二値化に伴っ
て発生する誤差成分を予め設定された配分比率、または
、ランダムな配分比率により周辺の未処理の画素データ
へ拡散分配し、その分配された誤差の累計を加算して画
素データの二値化を行なうようにした階調画像の二値化
方法において、二値化における閾値を、ラインごとに周
期的に、または、ランダムに変えることを特徴とするも
のであり、第２発明においては、第１発明における分配
された誤差を、所定の画素数ごとに、または、ランダム
な画素数をもって、初期化することを特徴とするもので
ある。

（作　用）階調を持つ画像情報の画素データを二値化し、その画素
データの二値化に伴って発生する誤差成分を予め設定さ
れた配分比率、または、ランダムな配分比率により周辺
の未処理の画素データへ拡散分配し、その分配された誤
差の累計を加算して画素データの二値化を行なうように
した階調画像の二値化方法において、二値化における閾
値を変えると、同一レベルの画像データであっても、二
値化されたドツトの位置が変化する。したがって、閾値
をラインごとに周期的に、または、ランダムに変えるこ
とにより、ドツトの現われる位置が分散でき、簡単な誤
差の配分係数および配分先を用いても品質のよい画像を
得ることができる。また、分配された誤差を、所定の画
素数ごとに、または、ランダムな画素数をもって、初期
化することにより、誤差の蓄積による閾値変化の効果を
効果的な初期状態に保つことができる。

（実施例）第１図は、上述した本発明の誤差拡散法の一実施例を具
体化する概略構成図である。第３図と同様な部分は、同
じ符号を付して説明を省略する。

第３図と相違する点は、誤差バッファ８を設けずに、遅
延回路１１を用いた点と、閾値設定回路４を制御するた
めの閾値メモリ１２．ライン同期制御回路１３を設けた
点である。

遅延回路１１を用いた理由は、誤差の配分先を、第６図
のように、主走査の方向と同じ方向、つまり、主走査の
ライン上とし、配分先は、次の画素のみとした。つまり
、第６図でいえば、Ａを１としたことによる。これによ
り、誤差データを遅延して、重み付は回路７により重み
係数を付加すればよいので、誤差バッファメモリを用い
る必要はなく、回路と演算は、きわめて簡単なものとな
る。

閾値設定回路４を制御するための閾値メモリ１２、ライ
ン同期制御回路１３について二値化方法とともに説明す
る。大力バッファ２にいったん蓄えられた入力画像デー
タは、処理済み画素の誤差データを加算器３で加算され
たのち、閾値と比較される。閾値は、ライン同期制御回
路１３によってラインごとに閾値メモリ１２より読み出
され設定される。比較器５により二値化されたバイナリ
データは出力バッファ９へ送られ、二値化出力となる。

このとき、比較器５からの二値化された出力を二値化前
の信号から減じた信号がこの画素での誤差となるのであ
る。演算器６により計算された誤差は、遅延回路１１に
より１画素分遅延されたのち、重み付は回路７により所
定の重み係数を乗じられ、加算器２−３に入力される。

このとき、誤差は１画素分遅延されているので、加算器
３では、次の画素が、単に加えられることになる。

第１図の二値化装置の動作を、第９図および第１０図に
よって、さらに詳しく説明する。

第９図は、閾値が１７２に設定されているラインに、濃
度が１／４のハーフトーンの画素■■■・・・が入力さ
れた場合の画素データ、誤差データおよび二値化された
印字データを模式的に表現した図である。■画素では、
入力値１／４は、閾値１／２を越えないので印字されな
い。■画素での誤差は、入力値の１／４に対して出力は
０（印字されない）であるがら、１／４−０＝１／４が、そのまま■画素に渡される。■画素では、前の誤差
の１／４に、入力の１７４が加えられて１／４＋１／４
＝１／２となり、これを閾値の１７２と比較しく等しいときは越
えたものとする。）、出力は１となり、印字される。こ
のときの誤差は、入力の１／２に対して、印字したので
、出力は、１であり、１／２−１＝−１／２となる。■画素からは、前の誤差−１／２に入力の１／
４ずつが加えられて行き、以下、−１７４゜０．１／４
．と誤差が伝搬され、■画素において、また１／２とな
り印字される。以下、同様に繰り返して■、■、■、・
・・と４画素ごとに１個印字されることになり、濃度１
／４が表現される。

ここで、もしも次のラインも同じ閾値で処理したすると
、印字位置は同じものとなり、第７図に示す縦縞の生じ
た従来方法になることが容易に理解できるであろう。こ
の実施例では、次のラインにおいては、閾値レベルを変
える。しかし、必ずしも、１ラインごとに変える必要は
ない。

第１０図は、閾値を１に設定した次のラインに、第９図
と同様、濃度が１／４のハーフトーンが人力された場合
の画素データ、誤差データおよび印字データを模式的に
表現した図である。■画素から■画素までは、誤差が１
／４づつ蓄積されて行き、■画素で誤差３／４に対して
入力が１／４であり、３／４＋　１／４＝　１となり、閾値１を越えるので印字される。このとき生じ
る誤差は、人力１に対して出カニなので、１−１＝０となり、０画素に渡される誤差は０である。したがって
、■画素以降は、■画素から■画素までの動作の繰り返
しとなり、４，８，１２，１６゜・・と、４画素ごとに
１個印字されることになり、濃度１／４が表現される。

このように各ラインの閾値を１／２．Ｌ　　１／２．１
．と繰り返すことにより、ハーフトーン印字出力は、第
８図に示すようになり、従来例の第７図の縦縞を生じる
ことなく二値化ができる。

第１１図は、ラインごとに閾値を変化させる場合のパタ
ーンを例示したものである。（Ａ）図は、２ラインを周
期として繰り返す場合、（Ｂ）図は、４ラインを周期と
して繰り返す場合、（Ｃ）図は、８ラインを周期として
繰り返す場合、（Ｄ）図は、１６ラインを周期として繰
り返す場合である。周期は、低濃度のハーフトーンを一
様に印字するためにはある程度大きいほうがよく、−船
釣には４〜８ライン以上が望ましい。

ラインごとの閾値変化を周期的ではなく、ランダムにす
ることもできる。ランダムにすることにより、周期的な
固定した空間周波数成分を持つ画像ノイズをさらに目に
つき難くできる。

第２図は、本発明の誤差拡散法の他の実施例を具体化す
る概略構成図である。第１図と同様な部分は、同じ符号
を付して説明を省略する。

この実施例においては、重み付は回路７の出力側に、初
期化制御回路１５によって制御される初期化回路１４を
設けた点が第１図と相違している。

第１図の装置では、処理の初期、すなわち、ラインの初
めの方では問題はないが、処理が進むにしたがい、誤差
が蓄積されていくと、閾値を変化させた効果が薄れてき
て、徐々に縦縞が生じてくることがある。そこで、この
実施例においては、例えば、数画素ごとに、蓄積された
誤差を０にクリアする。つまり、誤差が蓄積されていな
い初期状態に戻す初期化を行なう。これにより、閾地変
化の効果を、効果的な初期状態に保つことができる。

初期化制御回路１５は、何画素ごとに初期化するかを制
御するものであり、この初期化周期は、入力階調数程度
が目安であるが、ラインごとの閾値変化を周期的にする
場合は、その周期を目安とし、望ましくはそれ以上に設
定すると良い。

本発明により誤差の配分先を簡単化し、ライン方向のみ
とできるので、高価な誤差バッファの代わりに遅延回路
で二値化装置を構成することができる。

なお、上述した実施例においては、誤差の配分先を同じ
ラインとしたが、第５図で示したような異なるラインへ
も配分するようにしてもよい。この場合でも、配分先、
および、配分係数は、従来の方法に比して、簡単なもの
を用いても十分な効果を得ることができる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、処理
の高速化、回路の単純化を可能とし、特に、ハーフトー
ン画像を劣化させることなく、高速かつ安価に構成でき
る二値化方法を提供することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の誤差拡散法の一実施例を具体化する
概略構成図、第２図は、他の実施例を具体化する概略構
成図、第３図は、従来の誤差拡散法の概略構成図、第４
図は、画像処理装置の概略を説明するためのブロック図
、第５図、第６図は重み係数の説明図、第７図、第８図
は、印字ドツトの一例の説明図、第９図、第１０図は、
閾値を変えた場合の二値化動作の説明図、第１１図は、
ラインごとに閾値を変化させる場合のパターンの説明図
である。１・・・画像入力、２・・・大力バッファメモリ、３・
・・加算器、４・・・閾値設定回路、５・・・比較器、
６・・・演算器、７・・・重み付は回路、８・・・誤差
バッファメモリ、９・・・出力バッファメモリ、１ｏ・
・・二値化出力、１１・・・遅延回路、１２・・・閾値
メモリ、１３・・・ライン同期制御回路、１４・・・初
期化回路、１５・・・初期化制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）階調を持つ画像情報の画素データを二値化し、そ
の画素データの二値化に伴って発生する誤差成分を予め
設定された配分比率、または、ランダムな配分比率によ
り周辺の未処理の画素データへ拡散分配し、その分配さ
れた誤差の累計を加算して画素データの二値化を行なう
ようにした階調画像の二値化方法において、二値化にお
ける閾値を、ラインごとに周期的に、または、ランダム
に変えることを特徴とする階調画像の二値化方法。
（２）分配される誤差を、所定の画素数ごとに、または
、ランダムな画素数をもって、初期化することを特徴と
する請求項（１）に記載の階調画像の二値化方法。