JPH04236574A - 画像符号化方式 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ファイル等の画像
記録装置における画像符号化方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチ・メディア化の進展に伴い
、オフィス文書の中にもカラー画像で表現された文書が
増加しつつある。このようなカラー文書画像は、従来の
モノクロ２値の文書に比べてそのデータ量が非常に多く
、光ディスク等の大容量の記憶媒体を用いてもカラー文
書画像を蓄積する際には、データ量を削減するために圧
縮処理が必要となる。

【０００３】ところで、一般的にカラー文書画像には、
文字領域の如き２値画像と絵柄の如き階調領域が混在し
ていて、しかもこれらの領域は、その画像の周波数特性
が異なるため、同一の符号化処理によって処理すると効
率が良くないので、従来は各領域に対してそれぞれ適し
た圧縮方法を用いることによってカラー文書データを圧
縮処理している。

【０００４】すなわち、文字を対象にした白黒２値画像
領域に対しては１次元符号化（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｈｕ
ｆｆｍａｎ符号化方式、ＭＨ）あるいは２次元逐次処理
符号化（ＭｏｄｉｆｉｅｄＭＲ　符号化方式、ＭＭＲ）
等の可逆圧縮を行い、２値画像一般に対してはＰＲＥＳ
＋算術符号で符号化し、自然静止画像領域に対してはＡ
ＤＣＴ（ＡｄａｐｔｉｖｅＤｉｓｃｒｅｔｅ　Ｃｏｓｉ
ｎｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、適用離散コサイン変換
）によって圧縮を行っている。

【０００５】このように、一般に２値のエッジ成分の多
い画像に対しては可逆符号化方式を用い、階調成分の多
い画像に対しては非可逆の圧縮方式を用いている。斯る
符号化方式の特性の相違から、特性の異なる画像が混在
する所謂マルチメディア画像では、領域を分割し、各領
域毎に適応符号化処理を行っている。例えば、２値領域
として文字領域を抽出し、文字領域に対してＭＭＲで符
号化し、残余の領域に対してＡＤＣＴによって圧縮を行
う符号化方式が提案されている（平成２年度画像電子学
会全国大会予稿３１，Ｐ１３１−１３６）。

【０００６】上記した符号化方式における領域の分離方
法は、文字領域のみを対象として領域を分離しているた
めカタログのような複雑な画像の場合、文字と絵柄の分
離が困難になるという問題があった。これを解決する従
来の領域分離の手法として、例えばエッジ要素に注目し
てブロック属性を判定し、背景濃度に着目してブロック
属性を判定することにより、ブロックの統合を行い濃淡
領域を抽出するアルゴリズムがある（電子情報通信学会
論文誌‘８７／１　Ｖｏｌ．Ｊ７０−ＢＮｏ１　　ｐｐ
８８−９５）。しかし、このアルゴリズムでは背景濃度
を用いているため、画像中に複数の色背景領域が存在し
ている場合、背景濃度を決定することが難しいという問
題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
より高精度に階調領域を抽出する方法を既に提案した。 この方法によれば、局所領域におけるエッジ成分と濃淡
画像の近似平面の法線ベクトル方向を参照することによ
り入力画像から階調領域を抽出し、入力画像の内、階調
領域を除く非階調領域に対して限定色化処理を行い、階
調領域に対してはＡＤＣＴによって圧縮処理し、非階調
領域に対しては多値に拡張した算術符号を用いて符号化
するものである。

【０００８】ところで、画像入力装置の特性及び入力原
稿の濃度むら等の影響によって、同一の文字の内部ある
いは同一のべた領域内であっても、濃度値が安定しない
ことがある。このような同一の文字の内部あるいは同一
のべた領域は、もともと一色で描かれたものであり、画
像の圧縮効率の点から、そのような濃度むらを除いて同
一領域内の画素値を一定値に置き換える限定色化処理が
必要になる。

【０００９】先に提案した限定色化処理は、非階調領域
全体の濃度分布を基に２５５色へマッピングしていた。 しかしながら、このマッピングによる処理は、２５５色
の固定された色数で限定色化しているために、同一のべ
た領域や文字を構成する画素の画素値が一定にならなか
ったり、あるいは異なる色の領域を同一の色の領域とし
て限定色化するという課題が残されていた。

【００１０】本発明の目的は、非階調領域を更に一定色
ブロックとエッジブロックに分け、それぞれのブロック
に対して限定色化することによって高効率に符号化する
画像符号化方式を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、入力画像から階調領域を
抽出する手段と、該階調領域に対して符号化する第１の
符号化手段と、前記入力画像の内、階調領域を除く領域
に対して限定色化する手段と、前記階調領域を所定の属
性値に設定する手段と、前記限定色化された領域と該属
性値に設定された階調領域を符号化する第２の手段とを
備えた画像符号化方式において、前記階調領域を除く領
域から一定色ブロックとエッジブロックを抽出する手段
と、該一定色ブロックを併合することにより一定色領域
を生成する手段と、該生成された一定色領域及びエッジ
ブロックに対して限定色化する手段とを備えたことを特
徴としている。

【００１２】請求項２記載の発明では、前記一定色ブロ
ックは、法線ベクトル計算可能な画素が所定の閾値以上
存在し、かつ前記法線ベクトルが全てＺ軸と平行なブロ
ックであることを特徴としている。

【００１３】請求項３記載の発明では、前記エッジブロ
ックは、法線ベクトル計算不可能な画素が所定の閾値以
上存在するブロックであることを特徴としている。

【００１４】請求項４記載の発明では、前記限定色化す
る手段は、前記一定色領域内の平均濃度を代表色とし、
領域の全画素値を代表色の値に置き換えることにより限
定色化することを特徴としている。

【００１５】請求項５記載の発明では、前記限定色化す
る手段は、エッジブロックの周辺のブロックが一定色ブ
ロックであるとき、該エッジブロック内の各画素値と該
一定色ブロックの代表色とを比較し、エッジブロックを
、最も近接している代表色に置き換えることにより限定
色化することを特徴としている。

【００１６】

【作用】本発明の画像符号化方式によれば、入力画像信
号を色変換部によって輝度成分と色差成分に変換し、こ
の内、輝度成分のみが階調領域抽出部に入力されて、画
像データから階調領域を抽出し、抽出された階調領域に
対して、符号化部はＡＤＣＴによって圧縮処理する。入
力画像の内、階調領域を除く一定色領域とエッジブロッ
クに対して、限定色化してから、階調領域をフラグ処理
部で値０に設定し、限定色化された領域と値０に設定さ
れた階調領域を符号化部で多値に拡張した算術符号を用
いて符号化する。従って、本発明によれば、非階調領域
をエッジブロックと一定色領域に分けているので、本来
同一色となるべき一定色領域に対して同一の色を割り当
てることができ、高効率に符号化することが可能となる
。

【００１７】また、周辺ブロックが一定色ブロックであ
るエッジブロックに対して限定色化処理を行っているの
で、べた背景の境界部やべた背景中の文字等のエッジの
再現性を損なうことなく高品質な画像を再生することが
できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体
的に説明する。図１は、本発明の一実施例に係る画像符
号化装置のブロック構成図である。入力画像は、多階調
の画像入力部１によって読み取られ、読み取られた画像
データはＲ、Ｇ、Ｂ信号に分解されて（各色が２５６階
調）、色変換部２に入力される。色変換部２では、Ｒ、
Ｇ、Ｂ信号を線形変換した輝度成分Ｙと色差成分Ｃｒ，
Ｃｂに変換する。この内、輝度成分Ｙのみが階調領域抽
出部３に入力されて、後述するように画像データから階
調領域と非階調領域（エッジブロックと一定色領域から
なる）を抽出する。このように、本発明では画像の階調
性に着目しているので輝度成分のみから階調領域を抽出
することができる。次いで、階調領域符号化部４におい
て、抽出された階調領域に対してラスタースキャンのよ
うに左上から右下に順にブロック単位にＡＤＣＴ方式で
符号化される。なお、階調領域の符号化方式であるＡＤ
ＣＴ方式では、８画素×８画素を１ブロックとして符号
化するが、色差成分Ｃｒ，Ｃｂは水平方向（または垂直
方向を含む）を１／２に間引きするため、符号化処理ブ
ロックの単位は１６画素×１６画素となる。従って、階
調領域の抽出単位も１ブロックが１６画素×１６画素と
なる。

【００１９】一方、階調領域の符号化処理後に、非階調
領域に対して符号化処理を行うが、その前処理として、
原画像における非階調領域の限定色化処理と階調領域の
フラグ処理を行う。すなわち、前述したように同一の文
字の内部あるいは同一の背景における隣接する画素間で
あっても濃度値が安定していないので、限定色化処理部
５で非階調領域の限定色化を行う。

【００２０】ところで、非階調領域は画素間の相関が非
常に強いため一般に階調領域よりも高圧縮が可能であり
、画像全体を符号化しても符号化データ量は小さい。 そこで、本発明では、原画像全体を符号化し、ヘッダ情
報の増加を抑える。この時、先に抽出した階調領域を識
別するために、フラグ処理部６は階調領域の部分を属性
値０のフラグで置き換える。このようにして生成された
フラグ情報を含む非階調画像に対して、非階調符号化処
理部７は多値に拡張した算術符号（この符号については
、例えば、画像電子学会誌，１２，３ｐｐ２１９−２２
６　　１９８３に記載されている）を用いて符号化する
。図２（ａ）は、写真等の階調領域を含む原画像を示し
、図２（ｂ）は、写真部をフラグ０に置き換えて全体が
非階調画像として符号化される画像である。

【００２１】図３は、階調領域抽出部３における、本発
明の階調領域および非階調領域の抽出処理手順を示すフ
ローチャートである。

【００２２】エッジ抽出（ステップ３１）；エッジの抽
出は、Ｓｏｂｅｌオペレータを用いて抽出する。エッジ
か否かを判定するための閾値を値２５０に設定すること
によって、べた文字あるいは背景のエッジが抽出される
。また、印刷物のように網点で表現される絵柄部分では
、スキャナーで入力した場合濃度変化があまり大きく現
われないため、ほとんどエッジを生じない。従って、印
刷物であっても、エッジ画素が多く存在している場合に
は、文字領域のような非階調領域である可能性が高いこ
とになる。

【００２３】法線ベクトルの計算（ステップ３２）；上
記ステップで抽出されたエッジ画素以外の画素について
、法線ベクトルを求める。すなわち、輝度成分値による
濃淡画像を立体図形とみて、法線を求める点Ｐの接平面
に垂直な直線を点Ｐの法線といい、その方向ベクトルを
法線ベクトルという。濃淡画像における法線ベクトルは
、注目画素を取り囲む小領域を面素と考え、この小領域
を平面とみなすことによって近似される。そして、この
近似された平面の法線ベクトルをその面素における法線
ベクトルとする（図４）。具体的には、平面方程式をａ
ｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝１とし、小領域中の画素の空間座標を
用いて最小二乗法によって近似する。なお、近似平面が
原点（０、０、０）付近を通ると推定誤差が増えるので
、空間座標値としては、ｘに画素の水平アドレス、ｙに
画素の垂直アドレス、ｚに輝度成分値＋２５６を用いて
、近似平面が原点を通らないように水平移動する。

【００２４】階調ブロックの判定（ステップ３３）；上
記ステップで求められたエッジと法線ベクトルを参照し
て、ブロック毎に階調領域の判定を行う。すなわち、エ
ッジ画素の割合が所定の閾値以上の場合には、文字エッ
ジである可能性が高く、法線ベクトルが一様にＺ軸と平
行ならば、局所的に非階調領域と判定されることから、
ブロック内のエッジ画素の割合が例えば６％（すなわち
１５画素、これは実測値による）以下で、且つそのブロ
ック内の法線ベクトルとＺ軸との空間角度が５度以上傾
いていれば、そのブロックを階調領域と判定する。

【００２５】一定色ブロック、エッジブロックの判定（
ステップ３４）；従って、階調ブロック以外のブロック
すなわち非階調ブロックは、文字部やべた領域の境界の
ように法線ベクトルの計算ができない画素が多数存在す
るブロックであるか、あるいはべた領域や地肌領域のよ
うに法線ベクトルがＺ軸と平行なブロックである。そこ
で、ブロック内に法線ベクトル計算可能な画素が例えば
６０％以上存在し、それら法線ベクトルが全てＺ軸と平
行なブロックは、べた領域や地肌領域である可能性が高
いので、これを一定色ブロックと判定する。それ以外の
ブロックはエッジを多数含んでいる可能性が高いので、
エッジブロックと判定する。

【００２６】大域的な判定（ステップ３５）；上記ステ
ップによってブロック単位での階調領域の抽出が行われ
るが、カラーの文書画像では広範囲にわたって緩やかな
グラジュエーションを持っている場合がある。そこで、
法線ベクトル計算可能な画素の割合が１ブロック内で６
０％以上で、しかも全ての法線ベクトルがＺ軸とほぼ平
行（空間角度で５度以内）である一定色ブロックを対象
として大域的に領域の属性を判定する。すなわち、一定
色ブロックの連結関係を調べることにより、一定色ブロ
ックの併合を行い、各ブロックを同一領域として併合し
ていく。このように併合された各領域毎の濃度ヒストグ
ラムの移動平均をとり、局所的には一定色ブロックであ
っても、全体的にグラジュエーションが存在するものを
階調領域に変更する。これにより、大域的な階調領域の
判定が行われる。

【００２７】領域の統合（ステップ３６）；このステッ
プでは、同一のべた領域や地肌領域に含まれる一定色ブ
ロックは一つの一定色領域に統合する。また、階調領域
と非階調領域が細分化されすぎないように領域の統合を
行う。すなわち、４近傍を階調領域によって囲まれた非
階調領域を階調領域に変更することにより、統合処理す
る。そして、最終的に、画像は階調ブロックからなる階
調領域と、エッジブロックと一定色領域からなる非階調
領域に階層構造化される。

【００２８】本発明では、上記したように抽出されたエ
ッジブロックと一定色領域からなる非階調領域に対して
、限定色化処理部５で限定色化する。すなわち、一定色
領域に対しては、各領域内の平均濃度を代表色とし、領
域の全画素値を代表色の値に置き換えることにより、限
定色化する。エッジブロックに対しては、エッジブロッ
クの周辺のブロックが一定色ブロックである場合には、
エッジブロック内の各画素値と一定色ブロックの代表色
とを比較し、最も近接している代表色に置き換えること
により、限定色化する。但し、周辺のブロックが階調ブ
ロックである場合には、階調性のある背景の上に文字が
書かれている可能性があるので、この場合はエッジブロ
ックを階調ブロックとして処理し、従って限定色化を行
わない。

【００２９】なお、この限定色化処理は、画像の左上の
ブロックから右下のブロックへと、ラスタースキャンさ
れる順番にブロック単位に行われる。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１、２、
４に記載の発明によれば、非階調領域をエッジブロック
と一定色領域に分けているので、本来同一色となるべき
一定色領域に対して同一の色を割り当てることができ、
高効率に符号化することが可能となる。また、請求項３
、５に記載の発明によれば、周辺ブロックが一定色ブロ
ックであるエッジブロックに対して限定色化処理を行っ
ているので、べた背景の境界部やべた背景中の文字等の
エッジの再現性を損なうことなく高品質な画像を再生す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る画像符号化装置のブロ
ック構成図である。

【図２】（ａ）は、写真等の階調領域を含む原画像を示
す。 （ｂ）は、写真部をフラグ０に置き換えて全体が非階調
画像として符号化される画像である。

【図３】本発明の階調領域抽出部における階調領域およ
び非階調領域の抽出処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】平面近似された平面の法線ベクトルを示す図で
ある。

【符号の説明】

１　　画像入力部 ２　　色変換部 ３　　階調領域抽出部 ４　　階調領域符号化部 ５　　限定色化処理部 ６　　フラグ処理部 ７　　非階調領域符号化部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　入力画像から階調領域を抽出する手段
   と、該階調領域に対して符号化する第１の符号化手段と
   、前記入力画像の内、階調領域を除く領域に対して限定
   色化する手段と、前記階調領域を所定の属性値に設定す
   る手段と、前記限定色化された領域と該属性値に設定さ
   れた階調領域を符号化する第２の手段とを備えた画像符
   号化方式において、前記階調領域を除く領域から一定色
   ブロックとエッジブロックを抽出する手段と、該一定色
   ブロックを併合することにより一定色領域を生成する手
   段と、該生成された一定色領域及びエッジブロックに対
   して限定色化する手段とを備えたことを特徴とする画像
   符号化方式。
2. 【請求項２】　　前記一定色ブロックは、法線ベクトル
   計算可能な画素が所定の閾値以上存在し、かつ前記法線
   ベクトルが全てＺ軸と平行なブロックであることを特徴
   とする請求項１記載の画像符号化方式。
3. 【請求項３】　　前記エッジブロックは、法線ベクトル
   計算不可能な画素が所定の閾値以上存在するブロックで
   あることを特徴とする請求項１記載の画像符号化方式。
4. 【請求項４】　　前記限定色化する手段は、前記一定色
   領域内の平均濃度を代表色とし、領域の全画素値を代表
   色の値に置き換えることにより限定色化することを特徴
   とする請求項１記載の画像符号化方式。
5. 【請求項５】　　前記限定色化する手段は、エッジブロ
   ックの周辺のブロックが一定色ブロックであるとき、該
   エッジブロック内の各画素値と該一定色ブロックの代表
   色とを比較し、エッジブロックを、最も近接している代
   表色に置き換えることにより限定色化することを特徴と
   する請求項１記載の画像符号化方式。