JPH0690724B2 - 画像の輪郭強調方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、製版用スキャナ（カラー用，白黒用）、フ
ァクシミリ等、原画の画像を走査してその原画の画像デ
ータの読み取りを行う装置において、原画の画像に含ま
れる輪郭部を強調する方法に関する。

〔従来の技術〕

周知のように製版用スキャナなどにおいて、読み取った
原画の画像に含まれる輪郭部を強調する方法が、いくつ
か提案されている。

そのうちの最も基本的な方法では、第13図に示すよう
に、まずその時点で読み取り対象となっている画素Ｐ
（以下、「注目画素」と言う。）からの読み取り信号
（シャープ信号）Ｓと、注目画素Ｐを中心としたその近
傍の領域Ｒからの平均的な読み取り信号Ｕ（アンシャー
プ信号）とを取り出す。そして、その差分つまりディテ
ール原信号（Ｓ−Ｕ）に所定係数Ｋを掛合せ、それをデ
ィテール信号： D_T＝Ｋ（Ｓ−Ｕ） …（１） とする。

その後、シャープ信号Ｓとディテール信号D_Tとを加算合
成した信号： Ｄ＝Ｓ＋D_T＝Ｓ＋Ｋ（Ｓ−Ｕ） （２） を求め、この信号Ｄを注目画素Ｐの画素データとするこ
とにより輪郭強調を行なっている。

さらに高度な輪郭強調の方法として、アンシャープ信号
Ｕの取出し方式を工夫したものが提案されている。第14
図（ｂ），（ｃ）はこのような例を示しており、第14図
（ａ）は、比較のために上記の基本的方法つまり通常の
アンシャープマスキング（USM）の場合を示した図であ
る。

このうち、第14図（ａ）では、近傍領域Ｒからの読み取
り信号を、均一な重み分布W_aで単純平均してアンシャー
プ信号Ｕを得ていることに相当する。一方、第14図
（ｂ）はディファレンシャルマスキング（DM）の場合で
あって、近傍領域Ｒからの読み取り信号を、注目画素Ｐ
に近いほど重みを大きく、周辺部ほど重みを小さくした
重み分布W_bで加重平均し、それをアンシャープ信号Ｕと
している。また、第14図（ｃ）は、デジタル重み分布W_c
を用いて、ディファレンシャルマスキングをデジタル的
に行なった場合を示している。ただし、第14図（ｃ）の
中のマトリクス格子は、デジタル化された画像データに
おける画素の配列を示しており、近傍領域Ｒは矩形とな
っている。

なお、これら従来例として特開昭59−141871号公報，特
公昭39−27067号公報，特公昭39−24581号公報がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが以上のような方法においては、シャープ信号Ｓ
とアンシャープ信号Ｕとの間に差があれば、その差がど
のような原因で生じたかにかかわらず、その差に比例し
た濃度差の強調が行われてしまう。そのため、実際には
強調する必要がないか、あるいは少しの強調でよいにも
かかわらず、強い強調がなされてしまう場合がある。

その代表例として、原画自体がザラツキを有している場
合のほか、原画上にピンホール，ゴミなどのように狭い
エリアに濃淡変化が集中するような乱れが生じた場合が
ある（以下、これらを「原画の点状欠陥」と呼ぶ。）。
例えば第15図（ａ）に示すように、原画の白地領域に一
画素程度の黒いゴミD_stが付着すると、読取走査によっ
て注目画素ＰがこのゴミD_stの位置となったとき、シャ
ープ信号S_aは低レベル（高濃度）を指示する一方で、そ
の画素Ｐを含む広い領域Ｒからの読み取り信号を平均化
したアンシャープ信号U_aは高レベル（低濃度）を指示す
る。そのため、実際にはゴミD_stの像は強調する必要が
ないにもかかわらず、強い強調がなされてしまう。

また、このような無用な濃度差強調が、本来必要とされ
る画像輪郭部での強調よりも高程度でなされてしまうと
いう問題もある。たとえば、注目画素Ｐが、第15図
（ｂ）に示す連続的な輪郭線（外形線）Ｅに近接してい
る場合には、アンシャープ信号U_bは、この輪郭線Ｅを境
界として隣接する高濃度領域R_Sと低濃度領域R_Hとのそれ
ぞれの読み取り信号の平均値となり、シャープ信号S_bと
の差は、第15図（ａ）のゴミD_stの例ほど大きくならな
い。

以上のように、従来の輪郭強調方法では、原画の点状欠
陥部分についても濃度差強調がなされてしまうだけでな
く、これらの欠陥部分の濃淡差が、強調を意図する連続
的輪郭部よりも強く強調されてしまうという問題点があ
った。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
ものであり、連続的輪郭部での輪郭強調機能を維持しつ
つ、原画の点状欠陥部分についての濃度差強調の度合を
抑えた輪郭強調方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明においては、原画の画像を画素ごとに読取って
前記原画の画像データを得るにあたって、原画上の注目
画素近傍の画素を含み、それぞれの長軸が互いに異なる
方向へ配向された複数の長形領域から複数の予備シャー
プ信号を取り出す工程と、前記注目画素を中心とし、前
記長形領域よりも大きなサイズを有する領域からアンシ
ャープ信号を取り出す工程と、前記複数の予備シャープ
信号のそれぞれと、前記アンシャープ信号との差を求
め、その中の絶対値最大のものをディテール原信号とす
る工程と、前記ディテール原信号に所定係数を乗じたし
たディテール信号と、前記注目画素から得られた固有の
シャープ信号とを加算し、それによって得られた信号を
前記注目画素の画素データとする工程とを実行し、それ
によって、前記画像に含まれる輪郭部を強調した画像デ
ータを得るようにしている。

〔作用〕

この発明における複数の予備シャープ信号は、それぞれ
の長軸が互いに異なる方向へ配向された複数の長形領域
から取り出されるため、 （ａ）連続的輪郭部については、その連続方向に沿って
伸びる長形領域から得られた予備シャープ信号と、アン
シャープ信号との差の絶対値が、他の予備シャープ信号
とアンシャープ信号との差の絶対値に比べて特に大きく
なり、 （ｂ）点状欠陥については、それが強い方向性を持た
ず、かつ各長形領域の一部分を占めるだけであるため、
各方向の長形領域から得られる複数の予備シャープ信号
はいずれも同程度であって、アンシャープ信号との差の
絶対値は小さくなる。

このため、ディテール原信号（従って注目画素の画素デ
ータ）の生成にあたって、複数の予備シャープ信号とア
ンシャープ信号とのそれぞれの差の絶対値が最大のもの
を採用することにより、連続的輪郭部については濃度差
の強調機能を維持しつつ、点状欠陥については強調の程
度を抑圧することができる。

なお、この明細書では、モノクロ読取りの場合の濃度差
のほか、カラー読取りの場合の各色成分ごとの濃度差や
色度差など、画像情報としての差を表現する量を総称し
て「濃度差」と呼ぶ。

〔実施例〕

A.全体構成と概略動作 第1A図は、この発明の一実施例を適用する製版用スキャ
ナの走査入力部および画像処理部の概略を示す概念的ブ
ロック図である。同図において、円筒ドラム回転方式の
走査読取装置110は、原画100の画像を走査線順次に読取
る。この読取りによって得られた画像信号は画像処理装
置120に与えられ、種々の画像データ処理を受ける。こ
の画像処理装置120に含まれている輪郭強調回路130は、
後述する動作によって、入力された画像データに輪郭強
調処理を施す。そして、処理後の画像データは、記録走
査装置画像メモリ（ともに図示せず）などの出力側ユニ
ットへ転送される。なお、第1A図中、X,Yはそれぞれ、
原画100上での主走査方向と副走査方向とを示す。

第1B図はこの実施例による輪郭強調方法のフローチャー
トであり、これは原画100の読取り画素のそれぞれを注
目画素として繰返されるルーチンである。まずステップ
S1において、第２図中の注目画素Ｐからのシャープ信号
Ｓのほかに、この注目画素Ｐを含む原画100上の複数の
長形領域R₀,R₄₅,R₉₀,R₁₃₅のそれぞれからの光を個別に
光電変換して、複数の予備シャープ信号S₀,S₄₅,S₉₀,S
₁₃₅を得る。また、注目画素Ｐを中心とし、かつ長形領
域R₀〜R₁₃₅よりも大きな領域Ｒからの光を光電変換して
アンシャープ信号Ｕを得る。（以下、長形領域R₀〜R₁₃₅
および予備シャープ信号S₀〜S₁₃₅をそれぞれ総称すると
きは、記号R_pおよびS_pを用いる。）これらの複数の長形
領域R₀〜R₁₃₅は例えば主走査方向Ｘに対してその長軸が
０°,45°,90°,135°の角度をなすような長円形のエリ
アである。このようなエリアからの画像情報の読み取り
は、例えば次のようにして得られる。まず、第3A図およ
びそのIII−III矢視図である第3B図に示すように、原画
100からの光１をビームスプリッタ2a〜2d,2uおよびミラ
ー2pを用いて等分する。そして、アパーチャA₀〜A₁₃₅,A
_U,A_Pが形成されたスリット201〜206を介して、これらの
等分光を光電子増倍管231〜236でそれぞれ検出する。た
だし、アパーチャA₀〜A₁₃₅,A_U,A_Pは、領域R₀〜R₁₃₅,Rお
よび注目画素Ｐにそれぞれ対応した形状と配向角とを有
している。このようにして得られた光電変換信号S_i,U,S
が、それぞれ予備シャープ信号，アンシャープ信号およ
びシャープ信号となる。

また画素ごとの画像データをA/D変換した後に輪郭強調
処理を行なう場合における長形領域の設定のようすを第
4A図に示す。デジタル処理の場合、各画素データを一度
メモリに格納してから、長形領域に対応するアドレスの
画素データを順次読み出すことにより、任意の形状の長
形領域の設定に対応できる。第4A図では第２図と同様に
主走査方向Ｘに対する長軸の角度が０°,45°,90°,135
°となる長形領域R₀〜R₁₃₅に対応するような、注目画素
Ｐとその近傍画素からなる各５個の画素の連鎖を示して
いる。なお、デジタル処理の場合、長形領域としてたと
えば第4B図の８方向に伸びる８個の領域を設定するとき
には、第4B図において「○」印を付した方向への長形領
域は、第4C図に示すような近似的な直線的画素連鎖を使
用する。

このような対応画素は連鎖状につながったものとなり、
各画素は注目画素Ｐに関して対称の位置にあることが原
画の複製再現上望ましい。なお注目画素Ｐを含まずに、
その近傍の画素だけから長形領域を形成してもよい。ま
たアンシャープ信号Ｕの設定方法は、前述した従来の方
法のうちどれを適用してもよい。

次のステップS2においてはステップS1で得られた複数の
予備シャープ信号S_Pとアンシャープ信号Ｕとのそれぞれ
の差（S_P−Ｕ）を取る。そして、その中の絶対値最大の
ものを取り出しディテール原信号とする。

アパーチャを用いてアナログ的にディテール原信号を求
める場合の状況を、原画100の白色エリア内の注目画素
Ｐに黒色のゴミD_stが付着した場合について第５図に示
し、注目画素Ｐが原画100内の画像の白／黒輪郭線つま
り外形線Ｅの近傍にある場合を第６図に示している。以
下、それぞれの場合について説明する。

第５図（ａ）に示すシャープ信号Ｓに比べて、第５図
（ｂ）〜（ｅ）に示す予備シャープ信号S₀,S₄₅,S₉₀,S
₁₃₅はいずれもゴミD_st周辺の領域の濃度をも反映したも
のとなっており、ゴミD_stの濃度と周辺部の濃度とが互
いに平均化されて、グレーを指示する信号となる。従っ
て各差信号（S_P−Ｕ）も小さくなっている。第５図
（ｃ）において、領域R₄₅内に占めるゴミの面積が最大
となり、その差信号（S₄₅−Ｕ）も絶対値最大となる
が、その値は第５図（ａ）のシャープ信号Ｓ自体を用い
て差信号としてのディテール原信号（Ｓ−Ｕ）を作成す
る従来法と比べて充分小さい値となり、ゴミD_stによる
不要な強調が抑えられることになる。

一方、第６図においては、予備シャープ信号S_Pの値はそ
の方向性に対応してまちまちとなる。第６図（ｄ）に示
す予備シャープ信号S₉₀の場合、外形線Ｅの内外の領域R
_S,R_Hからの信号の比がアンシャープ信号Ｕの場合と最も
近くなり、その差信号（S₉₀−Ｕ）の絶対値は最小とな
る。

また第６図（ｃ）に示す予備シャープ信号S₄₅は、ほぼ
白領域R_Hの濃度を反映したものとなり、第６図（ａ）に
示すシャープ信号Ｓとほぼ同様の値となる。同時にその
差信号（S₄₅−Ｕ）も絶対値最大となり、この差信号（S
₄₅−Ｕ）をディテール原信号として選択することにより
従来と同程度の外形線Ｅに対する輪郭強調が可能とな
る。

次にステップS3において、ステップS2で得られた絶対値
最大となるディテール原信号に所定係数を乗じてしてデ
ィテール信号とし、注目画素Ｐ固有のシャープ信号Ｓに
加える。絶対値最大のディテール原信号を作り出す予備
シャープ信号をS_PM、輪郭強調の度合に応じて決定され
るディテール原信号の係数をＫ（Ｋ＝１でもよい。）と
すると、新しく注目画素Ｐの画素データS_Nとなる値は次
式（１）で与えられる。

S_N＝Ｓ＋Ｋ（S_PM−Ｕ） …（３） この画像データS_Nを注目画素Ｐの画素データとすること
により輪郭強調は終了する。

B.回路構成 次に、上記の処理を行なう実際の回路構成について例を
挙げて説明する。以下の各回路は、第1A図の輪郭強調回
路130に相当する。

まず、アナログ的に処理を行う場合には、第3A図の構成
から得られた予備シャープ信号S₀,S₄₅,S₉₀,S₁₃₅とアン
シャープ信号Ｕとの差を第７図の減算器4a,4b,4c,4dで
求める。その中の正電位および負電位の絶対値最大のも
のがそれぞれ高位優先器5a,5bで検出される。なお負電
位となる出力は反転器6a〜6dで反転される。さらにその
絶対値の大きさが比較器７で比較される。その比較結果
により切換器８内の増幅器Ａの出力が決定され切換器８
内の電子リレーRyが働き、正電位および負電位の差信号
のうち絶対値の大きい方が選択される。負電位の信号は
高位優先器5bの出力において正電位となっているので反
転器6eで再度反転される。絶対値最大のディテール原信
号（S_PM−Ｕ）は係数器９でＫ倍され、さらに加算器10
で注目画素Ｐ固有のシャープ信号Ｓに加えられる。この
ようにして最終的に画素データS_N＝Ｓ＋Ｋ（S_PM−Ｕ）
が出力される。

第８図は第７図に示す回路を簡略化した回路を示す図で
ある。複数の予備シャープ信号S₀,S₄₅,S₉₀,S₁₃₅から作
られる各差信号S₀−U,S₄₅−U,S₉₀−U,S₁₃₅−Ｕはそれぞ
れ無関係となるわけではなく、注目画素の濃度情報は共
通に含まれることから、同符号となることが多い。ま
た、異符号になるものがあってもその絶対値は充分小さ
い。したがって、第７図に示す切換器７を加算器11にお
きかえてもよい。つまり、差信号がすべて同符号の時は
高位優先器5a,5bのいずれか一方だけが働き、その中の
絶対値最大のものが加算器11に入力される。加算器11の
もう一方の入力は接地レベルとなっているので、加算器
11の出力は絶対値最大のディテール原信号となる。また
差信号の一部が異符号であってもその絶対値は充分小さ
く、たとえ加算器11で絶対値最大の差信号と合成されて
もほとんど無視できるので、加算器11の出力はやはり絶
対値最大のディテール原信号と考えてよい。以下係数器
9,加算器10を経て画素データS_Nが同様に出力される。

第９図は第８図に示す回路をさらに簡略，変形した例で
ある。第８図に示す高位優先器5a,5bの代わりに第10図
（ａ）に示すような入力の絶対値が小さい区間ではその
ゲインが小さく、絶対値が大きいところではそのゲイン
が大きい非線型性の伝達関数f₁を有する伝達回路12a,12
b,12c,12dを設ける。この伝達回路12a,12b,12c,12dによ
って絶対値の小さい信号は抑圧され、絶対値の大きい信
号は高ゲインで増幅される。また、それらの出力を加算
器13に入力し絶対値最大のディテール原信号を関数f₁で
変換したものを近似的に表現する信号を取り出す。ま
た、関数f₁での非線型性を補償して線型性を確保し、か
つＫ倍処理を行なうために、加算器13の後段に、第10図
（ｂ）に示す伝達関数f₁の逆関数をＫ倍した関数を伝達
関数f₂とする伝達回路12eを設ける。このようにして伝
達関数f₁の非線型性を好適に補償できる。また第８図に
示す係数器９の機能も伝達回路12a〜12eで兼用できるこ
とから、係数器９は不要であって、最終的に前述した例
と同様に画素データS_Nを得る。

次に、画素データをA/D変換した後に輪郭強調処理する
場合の回路について例を挙げて説明する。第11A図は前
述のアナログ処理に対応するデジタル処理を行う回路の
一部を示すブロック図である。15進カウンタ21,デコー
ダ22,画像メモリ（15ライン分のラインメモリ）23,走査
順位整列器24,アドレスカウンタ25,副走査重み付け器2
6,加算器27,除算器28,シフトレジスタ29,主走査重み付
け器30,加算器31,除算器32はアンシャープ信号Ｕを求め
るためのものでその動作構成は上述の特開昭59−141871
号公報に詳述されているので、ここでは改めて説明しな
い。

アンシャープ信号Ｕを15×15ドットの画素からなる領域
から求めるものとすれば、走査順位整列器24からは同一
の主走査座標を持つ走査線15本分の画素データV₁〜V₁₅
（第11B図）が、主走査座標を順次変化させつつ出力さ
れている。

出力V₆〜V₁₀は予備シャープ信号演算部33に入力され、
各予備シャープ信号S₀,S₄₅,S₉₀,S₁₃₅が出力される。ま
た注目画素Ｐのシャープ信号Ｓに相当する出力V₈は遅延
器34にも入力され、後述する演算に相当する時間だけ遅
延されて出力される。各予備シャープ信号S₀,S₄₅,S₉₀,S
₁₃₅およびアンシャープ信号Ｕは減算器35a〜35dに入力
され、差信号S₀−U,S₄₅−U,S₉₀−U,S₁₃₅−Ｕとなる。最
大振幅選択部36でその中の絶対値最大のものをディテー
ル原信号（S_PM−Ｕ）として選択し、係数器37において
外部から入力される係数Ｋをかけられる。係数器37から
はディテール信号Ｋ（S_PM−Ｕ）が出力され、前述した
シャープ信号Ｓと加算器38で加算され、画素データS_N＝
Ｓ＋Ｋ（S_PM−Ｕ）となる。

また予備シャープ信号演算部33は、第12図に示すような
構成となっている。入力V₆〜V₁₀からの画素データは、
画素クロックCLKに同期して動作する５段のシフトレジ
スタSR1〜SR5に入力される。シフトレジスタSR1〜SR5は
注目画素Ｐを中心とした５×５の行列状に配置された画
素の画素データを保持している。この中から対応する５
個の画素データを取り出し、加算器A1〜A4および除算器
B1〜B4に入力させて、それらの平均化演算を行う。演算
によって求められた各予備シャープ信号S₀,S₄₅,S₉₀,S
₁₃₅は遅延器C1〜C4において所定の遅延をかけられたあ
と出力される。

以上のようなデジタル回路により前述したアナログ回路
と同等の処理を行える。なお、上述デジタル処理におい
ては、アンシャープ信号Ｕを生成する処理と複数の予備
シャープ信号S_Pを生成する処理のための画像メモリを共
有できる効果がある。

ところで、輪郭強調の効果は印刷物を明視の距離から見
た時の人間の眼の分解能と密接な関係があり、カラース
キャナなどにおいては大幅な倍率設定範囲（例えば、20
％〜2000％）を持つため、倍率の値に応じて輪郭強調を
行なう範囲を決定することが望ましい。そのため、以上
説明したような工程は画像データ入力側で行うよりも出
力側で行うほうが都合がよい。つまりカラースキャナの
場合には、原画を走査して得たR,G,B信号よりも色調の
修正を既に施し、さらに倍率なども確定した仕上りサイ
ズのY,M,C,K信号に適用するのが望ましい。装置を簡略
化するために、人の眼の明暗知覚に最も関係の深いＭ信
号を代表させて、Y,M,C,Kの各出力信号に対する輪郭強
調を行なうことが望ましい。

また、この発明が適用できる機器としては、カラースキ
ャナだけでなく、ファクシミリなどでもよく、またその
読み取り部も、円筒ドラムとホトマルの組み合せだけで
なく、平面走査機構やTVカメラの撮像管,CCDアレイなど
の組合せでもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、複数の予備シ
ャープ信号は、いずれも原画上の注目画素の近傍の画素
を含み、それぞれの長軸が互いに異なる方向へ配向され
た複数の長形領域から取り出されるので、例えば注目画
素上にゴミなどの点状欠陥があった場合などでも複数の
予備シャープ信号と、アンシャープ信号との差は比較的
小さくなる。そのため、原画のザラツキ，ピンホール，
ゴミなどの点状欠陥については強調の度合を抑圧した輪
郭強調方法を得ることができる。一方、ディテール原信
号は複数の予備シャープ信号とアンシャープ信号との差
の絶対値最大のものが選択されるめ、原画内の連続的輪
郭部については従来どおり充分に強調できる。

【図面の簡単な説明】

第1A図はこの発明の一実施例を適用する製版用スキャナ
の概念的部分ブロック図、 第1B図はこの発明の一実施例を適用した輪郭強調方法の
フローチャート、 第２図は各信号を取出す原画上の領域の関係を示す図、 第３図はこの発明をアナログ的に実施する場合に利用さ
れる光学系の例を示す図、 第４図はデジタル処理における長形領域を示す図、 第５図は注目画素にゴミが付着した場合のアパーチャに
よる予備シャープ信号を示す図、 第６図は外形線近傍の注目画素に対するアパーチャによ
る予備シャープ信号を示す図、 第７図は強調信号を含む画素データを出力するアナログ
回路の１例を示す図、 第８図は第７図に示す回路の変形例を示す図、 第９図は第８図に示す回路の変形例を示す図、 第10図は第９図に示す回路に用いる関数のグラフ、 第11A図は強調信号を含む画像データを出力するデジタ
ル回路の例を示す図、 第11B図は第11A図の回路における画素データの関係を示
す図、 第12図は第11A図に示す回路の一部を示す図、 第13図はシャープ信号とアンシャープ信号の対応領域を
示す図、 第14図はアンシャープ信号の形成方法を示すグラフ、 第15図は注目画素にゴミが付着した場合と注目画素が外
形近傍にある場合を示す図である。 100…原画、130…輪郭強調回路、 Ｐ…注目画素、Ｓ…シャープ信号、 Ｒ…アンシャープ信号用領域、 Ｕ…アンシャープ信号、 R₀,R₄₅,R₄₆,R₁₃₅…長形領域、 S₀,S₄₅,S₉₀,₁₃₅…予備シャープ信号、 S_PM−Ｕ…ディテール原信号、 Ｋ（S_PM−Ｕ）…ディテール信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原画の画像を画素ごとに読取って前記原画
   の画像データを得るにあたって、 原画上の注目画素近傍の画素を含み、それぞれの長軸が
   互いに異なる方向へ配向された複数の長形領域から複数
   の予備シャープ信号を取り出す工程と、 前記注目画素を中心とし、前記長形領域よりも大きなサ
   イズを有する領域からアンシャープ信号を取り出す工程
   と、 前記複数の予備シャープ信号のそれぞれと、前記アンシ
   ャープ信号との差を求め、その中の絶対値最大のものを
   ディテール原信号とする工程と、 前記ディテール原信号に所定係数を乗じたディテール信
   号と、前記注目画素から得られた固有のシャープ信号と
   を加算し、それによって得られた信号を前記注目画素の
   画素データとする工程とを実行し、 それによって、前記画像に含まれる輪郭部を強調した画
   像データを得ることを特徴とする画像の輪郭強調方法。