JPH06311351A

JPH06311351A - 画像処理方法

Info

Publication number: JPH06311351A
Application number: JP5121932A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Ino; 直亮井野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-04-26
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】解像度の低い階調データから拡大した二値画
像を作る際に、中間調の画像のほか、文字画像などのエ
ッジ部をも、良好に再現した二値画像を得ることができ
る画像処理方法を提供する。【構成】原画像１の処理画素に隣接する画素の輝度の
値から、差分演算２，３において、それぞれ縦方向、横
方向の輝度の差を演算する。演算された輝度の差から、
輝度勾配を検出し、この輝度勾配がある閾値より小さい
場合には、中間調の画像と判断し、二値化中間調処理に
より、処理画素の輝度に応じたｎ×ｍ個の二値化画素を
生成する。また、輝度勾配がある閾値よりも大きい場合
には、輝度勾配の方向を検出し、この方向に従って、処
理画素の輝度に応じた個数の１または０の画素を配列
し、ｎ×ｍ個の二値化画素を生成する。生成された二値
化画素により、二値画像５が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータやワーク
ステーション、あるいは、ファクシミリやデジタルコピ
ーなど、電子画像を扱う電子装置の画像処理方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電子装置で画像情報を処理する場合、画
像の取扱いやすさから、０または１の二値の画像を扱う
ことが多い。特に、文字画像を扱う場合には白黒だけで
良いので、通常二値画像を用いる。一方、イメージセン
サなどの入力装置では、階調を持ったデータとして取り
込むことが一般的である。そのため、階調を持ったデー
タを二値化する必要がある。

【０００３】二値化の方法として、通常、ディザ法がよ
く用いられている。ディザ法では、階調を持った１画
素、例えば、８ビットの情報は、各画素に与えられた閾
値により、二値画像の１画素、つまり１ビットの情報に
なってしまう。そのため、情報量を損失してしまうこと
になる。文字情報のときには、ディザ法よりもむしろ単
純閾値の方がよいが、この場合にも、例えば、８ビット
の情報は、１ビットに変換され、情報量を損失してしま
う。実際、階調画像と二値化された画像を目で観察して
みると、階調データでは判別できる文字でも、ディザや
閾値処理を行なった後の二値化画像では判別しにくくな
っていることがわかる。

【０００４】二値画像の情報量を増やすための方法とし
ては、例えば、センサの解像度を上げ、元となる階調画
像の画素数を多くすればよい。しかし、センサの画素数
を増やすと、急激にコストが上昇してしまう。もう一つ
の方法として、階調データから多数の二値画像への変換
を行ない、情報量の損失を抑えることが考えられる。す
なわち、階調画像から、拡大された、あるいは、高密度
の二値画像に変換すればよい。これにより、解像度を上
げなくても、二値画像の情報量を増加させることがで
き、階調画像で判別できていた文字なども判別できるよ
うになる可能性が生じる。

【０００５】階調を持った１画素を二値の複数画素に変
換する方法の一つとして、例えば、特開昭５４−１４４
１２７号公報に記載されているような、濃度パターン法
がある。この方法は、階調画像の各画素の濃度に応じた
二値パターンにより、二値画像を構成する方法である。
この方法では、階調を再現することを目的とした方法な
ので、文字画像など、階調変化の激しい画像の場合に
は、エッジの部分が乱れてしまうという問題があった。

【０００６】

【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、解像度の低い階
調データから拡大した二値画像を作る際に、文字画像な
ど、階調変化の激しい画像に対して、良好な二値画像を
得ることができる画像処理方法を提供することを目的と
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、輝度情報を有
する原画像からｎ×ｍ倍の画素を有する２値画像を生成
する画像処理方法において、原画像の各画素を順次処理
画素とし、処理画素の周囲の画素の輝度情報に基づき、
輝度の傾きが小さい場合と輝度の傾きが大きい場合に分
類し、輝度の傾きが大きい場合には、ｎ×ｍ個の画素の
うち処理画素の輝度に応じた数の１または０の画素を輝
度の傾きの方向に従って配置し、輝度の傾きが小さい場
合には二値化中間調処理を行なってｎ×ｍ個の画素を決
定することを特徴とするものである。

【０００８】このとき、イメージセンサとして、主セン
サの副走査及び主走査方向に隣接画素参照用のセンサを
配置したライン型のイメージセンサを用い、原画像の処
理画素および周囲の画素を供給するように構成すること
ができる。

【０００９】

【作用】本発明によれば、処理画素の周囲の画素の輝度
情報に基づき、輝度の傾きが小さい場合と輝度の傾きが
大きい場合に分類し、輝度の傾きが大きい場合には、ｎ
×ｍ個の画素のうち処理画素の輝度に応じた数の１また
は０の画素を輝度の傾きの方向に従って配置することに
より、文字画像のエッジ部分などのように、輝度の変化
の大きい部分を再現し、また、輝度の傾きが小さい場合
には二値化中間調処理を行なってｎ×ｍ個の画素を決定
することにより、中間調の画像部分を再現することがで
きる。これにより、画像の特性によらず、品質の良い拡
大二値画像を得ることができる。

【００１０】また、イメージセンサとして、主センサの
副走査及び主走査方向に隣接画素参照用のセンサを配置
したライン型のイメージセンサを用いる構成の場合に
は、原画像の処理画素および周囲の隣接画素のデータを
リアルタイムで参照できるため、高速の処理が可能とな
る。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の画像処理方法の一実施例を
説明するためのブロック図、図２は、処理画素と周囲の
画素の関係の説明図である。図中、１は原画像、２，３
は差分演算、４は二値化演算、５は二値画像である。原
画像１の各画素は、輝度情報を有している。この原画像
１の各画素は、順次、処理画素として、二値化演算４に
供される。ある画素を処理画素とするとき、その上、
左、右、下に隣接する画素を、図２に示すように、画素
ａ，ｂ，ｃ，ｄとする。これらの隣接画素のうち、画素
ａと画素ｄ、および、画素ｂと画素ｃの輝度の差が、そ
れぞれ差分演算２，３において演算される。二値化演算
４では、１つの処理画素から、ｎ×ｍ個の二値化画素を
生成する。まず、差分演算２，３において演算された画
素ａと画素ｄ、および、画素ｂと画素ｃの輝度の差か
ら、輝度勾配を検出する。この輝度勾配がある閾値より
小さい場合には、中間調の画像の部分と判断し、中間調
の画像に適した二値化中間調処理により、処理画素の輝
度に応じたｎ×ｍ個の二値化画素を生成する。また、輝
度勾配がある閾値よりも大きい場合には、輝度勾配の方
向を検出し、検出した輝度勾配の方向に従って、処理画
素の輝度に応じた個数の１または０の画素を配列し、ｎ
×ｍ個の二値化画素を生成する。生成された二値化画素
により、二値画像５が形成される。

【００１２】図３は、本発明の画像処理方法の一実施例
の流れ図である。原画像１のある処理画素に対して処理
を行なうとき、その処理画素の上、左、右、下の４つの
画素ａ，ｂ，ｃ，ｄを参照する。まず、Ｓ１１におい
て、上下及び左右の画素の輝度の値の差、例えば、画素
ａ−画素ｄ、および、画素ｂ−画素ｃを演算する。そし
て、Ｓ１２において、輝度の差の絶対値が、ある規定値
Ｔｈよりも大きいか小さいかを判断する。この判断によ
って、なだらかな中間調部分か、急峻なエッジ部分かを
判断する。上下及び左右の２つの方向の差の絶対値によ
って方向なし、横方向、縦方向、斜め方向の４つの場合
に分ける。すなわち、上下方向、左右方向ともに規定値
Ｔｈ以下の場合には、それほど輝度の差が無い、中間調
部分であるとして、Ｓ１３において二値化中間調処理を
行なう。また、上下方向は規定値Ｔｈ以下であるが、左
右方向が規定値Ｔｈより大きい場合には、横方向の輝度
勾配があるものとして、Ｓ１４以降の処理を行なう。左
右方向は規定値Ｔｈ以下であるが、上下方向が規定値Ｔ
ｈより大きい場合には、縦方向の輝度勾配があるものと
して、Ｓ１７以降の処理を行なう。上下方向、左右方向
共に規定値Ｔｈより大きい場合には、斜め方向の輝度勾
配があるものとして、Ｓ２０以降の処理を行なう。

【００１３】輝度勾配が横方向である場合には、Ｓ１４
において、横方向の輝度の差の正負を判定し、正の場合
には、左から右への輝度勾配であると判断し、Ｓ１５に
おいて、その場合の二値化の処理を行なう。また、輝度
の差が負の場合には、右から左への輝度勾配であると判
断し、Ｓ１６において、その場合の二値化の処理を行な
う。輝度勾配が縦方向である場合も、同様にＳ１７にお
いて、縦方向の輝度の差の正負を判定し、正の場合に
は、上から下への輝度勾配であると判断し、また、負の
場合には、下から上への輝度勾配であると判断し、それ
ぞれの二値化の処理をＳ１８またはＳ１９において行な
う。輝度勾配が斜め方向である場合には、縦方向および
横方向の輝度の差の正負を判定する。縦方向、横方向と
もに正の場合には、左上から右下への輝度勾配であると
判断し、縦方向が正、横方向が負の場合には、右上から
左下への輝度勾配であると判断し、横方向が正、縦方向
が負の場合には、左下から右上への輝度勾配であると判
断し、さらに、縦方向、横方向とも負である場合には、
右下から左上への輝度勾配であると判断する。それぞれ
の場合に対応した二値化の処理がＳ２１乃至Ｓ２４にお
いて行われる。

【００１４】このように、輝度勾配が小さい場合と、輝
度勾配がそれぞれの方向に存在する場合の９通りに場合
分けし、それぞれの場合に応じて二値化の処理を行な
う。これらの処理は、原画像の各画素について行われ、
原画像のｎ×ｍ倍の二値画像を得る。

【００１５】上述の処理において、輝度勾配が規定値よ
り大きい場合の分類を８方向について行なったが、この
輝度勾配の８方向は、さらに細かくすることも可能であ
る。その場合には、さらにエッジの再現性が良好にな
る。また、輝度勾配が小さいと判断された場合でも、上
下方向の隣接画素と左右方向の隣接画素の輝度の差が大
きい場合、すなわち、細い線が存在する場合や、周囲の
画素と処理画素の輝度の差が大きい場合、すなわち、処
理画素の１点のスポットが存在する場合等を、さらに場
合分けすることも可能である。

【００１６】図４は、二値化中間調処理の一例を説明す
るためのフローチャート、図５は、二値化中間調処理の
際の二値化画像の走査順序の説明図である。二値化中間
調処理は、図３のＳ１３の処理であり、輝度勾配が小さ
い判定されたときに行われる。ここでは、階調を持った
原画像の１画素についての処理を示している。以下の説
明において、Ｍは原画像の階調数、ｐは原画像の処理画
素の階調レベル、Ｐは原画像の処理画素の正規化された
階調レベル、ｔは閾値の階調レベル、Ｔは閾値の正規化
された階調レベル、Ｅはエラー値、ｑ（ｉ，ｊ）は生成
するｎ×ｍの二値画像の画素値である。ここで、原画像
の画素の輝度の値は、階調レベルで示されている。原画
像の階調数Ｍは、例えば２５６とすることができる。正
規化とは、画素の階調レベルを階調数で割ったものであ
る。正規化された階調レベルは、０から１の間の数とな
る。例えば、原画像の処理画素の正規化された階調レベ
ルＰは、原画像の処理画素の階調レベルｐを階調数Ｍで
割った値である。閾値ｔは、例えば、階調数Ｍの１／２
に設定することができる。階調数Ｍ＝２５６ならば閾値
ｔ＝１２８であり、正規化された閾値Ｔ＝１／２であ
る。二値画像の画素値ｑ（ｉ，ｊ）は、０または１の値
をとる。

【００１７】図４に示したフローチャートにおいて、破
線部で示した部分は二値画像の１画素を作成する処理で
ある。その外側のｉ，ｊによるループは、二値画像のｎ
×ｍ個の画素を順次指定するためのものである。図４で
は、簡単化のため、ｉ，ｊの動かし方を単にＩＮＩＴＩ
ＡＬ，ＮＥＸＴ，ＥＮＤと表現している。ｉ，ｊの動か
し方は、例えば、図５に示すように、４×４の二値画素
を作成する場合には、矢印のような順序で配置していく
ように制御することができる。もちろん、ｎ×ｍの場合
にも、同様に制御することができる。

【００１８】Ｓ３１において、まず、初期化を行なう。
すなわち、エラー値Ｅを０とし、正規化された階調レベ
ルＰおよび正規化された閾値Ｔを計算する。Ｓ３２にお
いて、ｉ，ｊを作成する最初の二値画素の位置にセット
する。Ｓ３３において、正規化された階調レベルＰとエ
ラー値Ｅを加えて補正値Ｓを算出する。

【００１９】破線部の内部の処理は、Ｓ３４において、
Ｓ３３で計算した補正値Ｓと正規化された閾値Ｔを比較
して、補正値Ｓの方が大きい場合は、Ｓ３５において、
二値画像ｑ（ｉ，ｊ）に１を、補正値Ｓの方が小さい場
合は、Ｓ３７において、二値画像ｑ（ｉ，ｊ）に０を配
置する。次に、１を配置した場合には、Ｓ３６におい
て、エラー値ＥはＳ−１とする。０を配置した場合は、
Ｓ３８において、エラー値ＥはＳそのものとする。

【００２０】次に、Ｓ３９において、ｎ×ｍ個の二値画
素すべての処理が終了したか否かを判定し、生成すべき
二値画素が残っているときは、Ｓ４０において、次に生
成すべき二値画素に対応するｉ，ｊを設定してＳ３３に
戻る。そして、新たに設定されたｉ，ｊの画素に対し
て、Ｓ３６またはＳ３８で計算したエラー値Ｅを用いて
同じ処理を行なう。

【００２１】このような処理を行なうことにより、補正
値Ｓは正規化された閾値Ｔを越えるまで、正規化された
階調値Ｐずつ、次第に大きくなってゆき、閾値Ｔを越え
たときに二値画素に１が配置されることになる。そのた
め、図５の矢印の順序で二値画素を生成して行くと、正
規化された階調値Ｐに対応した割合で１の値を持つ二値
画素が出現する。例えば、正規化された階調値Ｐ＝１／
４ならば、エラー値Ｅは１／４ずつ増加して行くので、
４個に１個の割合で１の値を持つ二値画像が生成され
る。このようにして、原画像の階調画素に対応した中間
調が再現できる。

【００２２】図５に矢印で示した二値画素の生成順序は
任意ではあるが、Ｐ＝１／２のときに市松模様になるよ
うに、かつ任意の拡大率ｎで使えるようにすると特に良
い。図５の往復パターンは、この条件を満たす一例とな
っている。

【００２３】図６は、エッジ部の二値化処理の一例を説
明するためのフローチャート、図７は、エッジ部の二値
化処理の際の二値化画像の走査順序の説明図である。こ
のエッジ部の二値化処理は、輝度勾配がある程度以上存
在する場合、すなわち、急峻なエッジが存在すると判断
される場合に行われる。ここでも、原画像の１つの処理
画素についての処理を示している。

【００２４】輝度勾配がある程度以上存在する場合は、
図３にも示したように、輝度勾配の方向により、８つに
分類した。しかし、各方向における処理は、二値画素の
配置の順序が違うだけなので、処理の手順としては１つ
の方向についてのみ述べる。以下の説明中、ｘは１の画
素を配置する数、ｎ，ｍは倍率を示す。

【００２５】原画像の１画素をｎ×ｍ画素に拡大する際
に、拡大後のｎ×ｍの領域に「１」の画素を配置する数
は、処理画素の階調数に基づき決定すればよい。例え
ば、ｘ＝ｎ×ｍ×ｐ／Ｍ（個）＝ｎ×ｍ×Ｐ（個）とすることができる。すなわち、階調レベルｐ＝０のと
きに０個、ｐ＝２５５のときにｎ×ｍ個として、階調レ
ベルに応じて「１」の画素の数を配分することができ
る。

【００２６】この「１」の画素を配置する位置は、エッ
ジを形成するように、輝度勾配に応じて配置する必要が
ある。図７は画素配置の順序を示している。例えば、左
から右への輝度勾配が存在する時には、上下方向のエッ
ジが存在するので、図７（Ａ）に矢印で示したように、
左から右の順序で「１」の画素をｘ個だけ配置すればよ
い。このような順序で配置することにより、「１」の画
素は、左側に固めて配置することができ、二値画像で縦
方向のエッジを良好に再現することができる。順序規則
は、例えば図７（Ａ）の場合ならば、左から右の順序さ
え守っていれば各列が上から下へでなく下から上でも良
い。任意の拡大率ｎで使える規則であると特に良い。図
７の各パターンはいずれもこの条件を満たしている。

【００２７】図６において、まず、Ｓ４１で初期化を行
なう。すなわち、正規化された階調レベルＰ、「１」の
画素を配置する個数ｘ、カウンタｋをセットする。そし
て、Ｓ４２において、ｉ，ｊを二値画像のうちの最初に
生成する画素にセットする。

【００２８】破線部のループの中身はｘ個になるまで１
を配置するための処理である。すなわち、カウンタｋと
個数ｘを比較し、カウンタｋが個数ｘに達するまで、Ｓ
４４において、二値画素ｑ（ｉ，ｊ）に「１」を配置す
る。そして、Ｓ４５において、ｋに１を加算する。
「１」の画素をｘ個配置し終わると、残りの二値画素に
ついては、Ｓ４６において、「０」の画素が配置され
る。二値画素があらかじめ「０」にクリアされている場
合には、Ｓ４６の処理は必要ない。

【００２９】１つの二値画素についての処理が終了する
と、Ｓ４７において、すべての二値画素の生成が終了し
たか否かを判定し、残っている二値画素が存在する場合
には、Ｓ４８において、次の二値画素にｉ，ｊをセット
し、点線内の処理を繰り返す。

【００３０】このような処理によって、急峻なエッジ部
が存在する部分についても良好な二値化処理を行なうこ
とができる。上述の「１」の画素の配置は、「０」の画
素を（ｎ²−ｘ）個だけ、図７の矢印の逆向きの順序で
配置するように構成しても同様に行なうことができる。

【００３１】図８は、イメージセンサの一例の説明図、
図９は、図８に示したイメージセンサを用いる場合の本
発明の画像処理方法を実現する例のブロック図である。
図中、図１と同様の部分には同じ符号を付して説明を省
略する。５１は読取用主センサ、５２〜５５は参照用セ
ンサ、５６，５７は遅延である。処理を施す原画像の与
えかたの一つとして、イメージセンサの出力をそのまま
処理画素および周辺画素の情報として用いることが考え
られる。図８に示したイメージセンサでは、読取用主セ
ンサ５１の前後及び左右に参照用センサ５２〜５５を設
ける。参照用センサ５２，５３は、大小比較による分類
に用いるので、読取用主センサ５１より感度が低くても
良く、例えば、受光エリアを小さくしたものでも良い。
ただし、主走査方向の左右に配置した参照用センサ５
４，５５は、読取用主センサ５１の画素と比較するの
で、読取用主センサ５１と同等でなければならない。こ
の左右の参照用センサ５４，５５は、特別に設けなくと
もよく、主センサの画素を、両端に１画素ずつ増やすこ
とにより達成することができる。

【００３２】このようなイメージセンサを用いて、原画
像を入力するように構成する場合について、図９を用い
て説明する。センサ出力信号は、各ラインごとに主走査
方向に時系列で取り出される。主走査方向の参照用セン
サ５４，５５の出力は、読取用主センサ５１の出力と同
系列で取り出されるので、この図では主センサに含まれ
るものとする。副走査方向の参照用センサ５２，５３の
出力は、差分演算２によって、図３の処理におけるａ−
ｄにあたる縦方向の輝度の差を生成する。この参照用セ
ンサ５２，５３の出力は、読取用主センサ５１から遅延
５６を介して二値化演算４に信号が入力されるのと同期
して、差分演算後の信号が二値化演算４に入力されるよ
うに、タイミングが調整されている。主走査方向の信号
は、主走査方向に時系列で取り出されるので、２画素分
の遅延５６，５７により前後の画素の信号を取り出し、
差分演算３により、図３の処理におけるｂ−ｃにあたる
横方向の輝度の差を生成する。これらの２つの信号と、
遅延５６から出力される処理画素の画像信号を、二値化
演算４へ入力して、図３に示した処理により、二値デー
タ５を生成する。このような構成とすることにより、少
ないハードウェアで、高速な画像処理を行なうことがで
きる。

【００３３】原画像の入力方法としては、図８に示した
イメージセンサを用いる方法のほか、通常用いられてい
るラインセンサを用い、２ライン分のシフトレジスタを
設ける構成でもよい。また、あらかじめメモリなどに格
納された画像を、逐次読み出しながら処理を行なうよう
に構成することもできる。

【００３４】なお、上述の説明では、原画像を面積比で
ｎ×ｍ倍に拡大した二値化画像を生成する場合を考えた
が、ｎ×ｍ倍の画素密度変換と考えても同様に構成する
ことができる。

【００３５】

【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、輝度勾配をもとにして画素を配置することに
より、中間調の画像だけでなく、急峻なエッジを有する
画像であっても、良好な任意の倍率の２値拡大画像を生
成することが可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像処理方法の一実施例を説明する
ためのブロック図である。

【図２】処理画素と周囲の画素の関係の説明図であ
る。

【図３】本発明の画像処理方法の一実施例の流れ図で
ある。

【図４】二値化中間調処理の一例を説明するためのフ
ローチャートである。

【図５】二値化中間調処理の際の二値化画像の走査順
序の説明図である。

【図６】エッジ部の二値化処理の一例を説明するため
のフローチャートである。

【図７】エッジ部の二値化処理の際の二値化画像の走
査順序の説明図である。

【図８】イメージセンサの一例の説明図である。

【図９】図８に示したイメージセンサを用いる場合の
本発明の画像処理方法を実現する例のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１原画像、２，３差分演算、４二値化演算、５
二値画像。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】輝度情報を有する原画像からｎ×ｍ倍の
画素を有する２値画像を生成する画像処理方法におい
て、原画像の各画素を順次処理画素とし、処理画素の周
囲の画素の輝度情報に基づき、輝度の傾きが小さい場合
と輝度の傾きが大きい場合に分類し、輝度の傾きが大き
い場合には、ｎ×ｍ個の画素のうち処理画素の輝度に応
じた数の１または０の画素を輝度の傾きの方向に従って
配置し、輝度の傾きが小さい場合には二値化中間調処理
を行なってｎ×ｍ個の画素を決定することを特徴とする
画素処理方法。