JPH07322063A - 電子プリンタにおいて１ビット画素からｎビット画素へ画像処理するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２値ビットマップ画像を、１ビット／画素から
Ｎビット／画素に強調するための方法と装置を提供す
る。 【構成】（ａ）複数のラスタ変換された２進信号を受信
するステップと、（ｂ）ラスタ化された２進信号をフィ
ルターに通して、複数のレベルスライスフィルタの各々
から２値レベルスライスを生成するステップと、（ｃ）
２値レベルスライスを組み合わせて複数ビット／画素の
グレースケール画像を生成するステップとから成る、２
値入力画像を示す複数のラスタ化された２進信号を、複
数ビット／画素のグレースケール画像に変換する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、概括的には２値ビット
マップ画像を、１ビット／画素からＮビット／画素に強
調するための方法と装置に関するものであり、更に詳し
く述べると、電子印刷にこのような強調を生じるための
テンプレートマッチングスタックフィルタの使用法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、２値画像を強調した画素解像
度で印刷または表示できるようにする、２値画像の画像
処理に焦点を当てたものである。ディジタル印刷技術に
おいては、低解像度の書類を強調モードで印刷すること
が強く望まれていることは周知である。また、テンプレ
ートベースの２値解像度の強調および変換については、
１９９３年１２月１４日付け米国特許第５，２７０，８
３６号および１９９４年４月５日付け米国特許第５，３
０１，０３７号のＨ．カンならびに１９９４年１月２５
日付米国特許第５，２８２，０５７号のＬ．メイロック
スのような者たちが取り組んでいる。本発明は、同じ空
間的解像度を保ちながら２値画像を複数ビット／画素の
画像に変換することに関する方法と装置であるという点
で、前記著述の内容と異なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電子印刷における画像
処理は、２値ビットマップを入力として、それをグレー
スケール画像に変換することが要求されることが多い。
例えば、走査された書類は、通常は、８ビット／画素に
ディジタル化され、その後、しきい値処理により１ビッ
ト／画素となる。強調のために１ビット／画素から２ビ
ット／画素に変換するというのは、この８ビット表現ま
たは何らかの理想８ビット表現を、８ビットから１ビッ
トにではなくて、２ビットに変換するのであれば、その
画像はどのようなものであったかを予測するフィルタ操
作である。また、画像を「スクリーニング解除」すると
いうのは、中間調にする前にグレースケール画像を推定
すること、すなわち特定方法で量子化されるグレースケ
ール画像を推定することである。

【０００４】これまで関連出版物は、モーフォロジカル
フィルタを用いた１ビットからＮビットへの強調につい
て論じてきた。ロースならびにドウフェルティは「計算
形態学の平均絶対誤差定理（Ｔｈｅ Ｍｅａｎ−Ａｂｓ
ｏｌｕｔｅ−Ｅｒｒｏｒ Ｔｈｅｏｒｅｍ ｆｏｒ Ｃ
ｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）」
１９９３年７月、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ， Ｖｏｌ．２０
３０， Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏで、各フィルタの出力が全
出力の「グレーレベルスライス」である、並列モーフォ
ロジカルフィルタに入力２値画像を通すことについて述
べている。出力されたスライスは、次にスタックされて
最終的な複数ビット／画素の画像を形成する。この設計
法では、各層のフィルタを同時に設計することが必要で
あり、従って組合わせ論的な意味で極めて複雑である。
組合わせの推定に関わる広延な計算のため、出版物に記
載のフィルタは画素数５の窓内で操作するように制限さ
れている。

【０００５】スタックフィルタについては、ウェント、
コイル、ガラファによる「スタックフィルタ（Ｓｔａｃ
ｋ Ｆｉｌｔｅｒｓ）」ＩＥＥＥ ＡＳＳＰ−３４，
Ｎｏ．４， ｐｐ．８９８−９１１、１９８６で、スタ
ックフィルタの最適化については、ＬｉｎとＣｏｙｌｅ
により「スタックフィルタとＭＡＥ基準（ＳｔａｃｋＦ
ｉｌｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ＭＡＥ Ｃｒｉｔｅｒ
ｉｏｎ）」ＩＥＥＥＡＳＳＰ−３６， Ｎｏ．８， ｐ
ｐ．１２４４−１２５４、１９８８で説明されている。
その最適化計画では、設計プロセスを単純にするために
全部のスライスに同一フィルタが適用されている。しか
しながら、この単純化により、２値からグレーへ強調す
る方法は無効となってしまう。リンとコイルによる別の
出版物「汎用スタックフィルタの等級の最小ＭＡＥ評価
（Ｍｉｎｉｍｕｍ ＭＡＥＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｖ
ｅｒ ｔｈｅ Ｃｌａｓｓ ｏｆ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚ
ｅｄ Ｓｔａｃｋ Ｆｉｌｔｅｒｓ）」ＩＥＥＥ ＡＳ
ＳＰ−３８， Ｎｏ．４， ｐｐ．６６３−６７８、１
９９０で、著者等は、各層が異なるフィルタを利用する
場合に適当にスタックする総合フィルタは開発できなか
ったと述べている。スタックフィルタは一般的にはグレ
ースケール画像の濾波に使用されること、また、２値か
らグレースケールへの変換について、前述の関連計算形
態作業以外の変換の説明がなされているとは考えられて
いないことに注意されたい。また、スタッキング構造に
より電子工学面での若干のコスト節約ができる点にも注
意されたい。

【０００６】Ｅ．ドーファティとＤ．シンハによる出版
物「計算数学形態学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｍ
ａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）」Ｕ
ｎｉｖｅｒｃｉｔｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｒｅｐｏ
ｒｔ ＭＩＬ−９２−１７，Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａ
ｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｃｅｎ
ｔｅｒ ｆｏｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，
ＲｏｃｈｅｓｔｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙも興味深い。この報告書は、フィルタの
設計および使用方法は記載していないものの、任意数の
グレーレベルから他の任意数のグレーレベルへの並列／
加法フィルタを実施するための汎用数学的フレームワー
クを提案している。また、並列フィルタの出力を組合わ
せるために与えられる関係は、必ずしも、スタックのた
めの「無ギャップ」基準を保証するものでもない。ま
た、設計方法はロースとドウフェルティによる参照文献
に記載されているが、前述の組合わせの複雑さを欠点と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、スタックの各
レベルスライスのフィルタのデザインが十分に独立であ
るので組合わせの複雑さが大幅に低減され、それによ
り、従来よりはるかに大きな窓を採用したフィルタを設
計できる、１ビットからＮビットへのスタックを行うフ
ィルタを使用する新方法に関するものである。例えば、
この方法を利用すると、多数の計算プラットフォーム上
の単一符号無し倍長整数表現に単純にパックできる、画
素数３２の窓を採用するフィルタを設計できる。適当に
設計されると、この大きな窓を備えた最適スタックは、
出力画像品質という点で、フィルタロースならびにドウ
フェルティが「計算形態学の平均絶対誤差定理（Ｔｈｅ
Ｍｅａｎ−Ａｂｓｏｌｕｔｅ−Ｅｒｒｏｒ Ｔｈｅｏ
ｒｅｍ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｒ
ｐｈｏｌｏｇｙ）」１９９３年７月、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩ
Ｅ， Ｖｏｌ．２０３０， Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏで説明
した窓の小さなフィルタよりも優れている。

【０００８】本発明によれば、（ａ）複数のラスタ化さ
れた２進信号を受信するステップと、（ｂ）ラスタ化さ
れた２進信号をフィルタに通し複数のレベルスライスフ
ィルタの各々から２値レベルスライスを生成するステッ
プと、（ｃ）２値レベルスライスを組合わせて、複数ビ
ット／画素のグレースケール画像を生成するステップ、
とから成る、２値入力画像を示す複数のラスタ化された
２進信号を、複数ビット／画素のグレースケール画像に
変換する方法が提供される。

【０００９】本発明の別の態様によれば、（ａ）第一メ
モリＭ（ｘ，ｙ）に２値入力画像Ｂ（ｘ，ｙ）を記憶す
るステップと、（ｂ）第一メモリＭ（ｘ，ｙ）に記憶さ
れている２値画像をフィルタに通して、そのフィルタ２
値画像Ｆ₁ （ｘ，ｙ）を生成するステップと、（ｃ）そ
のフィルタ２値画像Ｆ₁ （ｘ，ｙ）を第一メモリＭ
（ｘ，ｙ）に記憶するステップと、（ｅ）第一メモリＭ
（ｘ，ｙ）に記憶されている２値画像をフィルタに通し
て、新しいそのフィルタ２値画像Ｆ_n （ｘ，ｙ）を生成
するステップと、（ｆ）そのフィルタ２値画像Ｆ
₁ （ｘ，ｙ）と新しいそのフィルタ２値画像Ｆ_n （ｘ，
ｙ）をスタックしてグレースケール出力画像Ｏ（ｘ，
ｙ）を生成するステップ、とから成り、その複数の画素
の各々が２ビット値で表されることを特徴とする、複数
のラスタ化された２進信号として表される２値入力画像
Ｂ（ｘ、ｙ）を、複数ビット／画素のグレースケール画
像に変換する方法が提供される。

【００１０】本発明の更に別の態様によれば、２値入力
画像を記憶するための第一メモリと、記憶された２値画
像がかけられる第一レベルスライスフィルタ、前記第一
レベルスライスフィルタはそこにかけられる２値画像の
各画素に応じて第一次２進信号を生成する、と、第一ス
ライスフィルタ出力と２値入力画像を論理的に組合わせ
て出力画像第一スライスを生成する組合わせ論理と、出
力画像第一スライスがかけられる第二レベルスライスフ
ィルタ、前記第二レベルスライスフィルタはそこにかけ
られる出力画像第一スライスの各画素に応じて第二次２
進信号を生成する、と、第二スライスフィルタ出力と第
一出力画像スライスを論理的に組合わせて第二出力画像
スライスを生成する組合わせ論理と、第二画像スライス
と第一画像スライスを論理的にスタックして、２値入力
画像内の複数の２値画素の各々を２ビット値として表す
複数ビット／画素のフィルタ画像を生成するためのスタ
ック論理、とから成るディジタル画像フィルタ装置が提
供される。

【００１１】

【実施例】図１は、一次元の画像信号のスタック表現の
一例である。図２は本発明による１ビットからＮビット
への解像度強調を実現する反復ベースのスタックフィル
タの一般実施例の概略ブロック図である。図３と図４
は、図２の一般実施例に対する二代替例を図式的に記載
したものである。図５は、図２に記載の普遍構成の広範
囲なフィルタ実施例である。図６は、本発明による反復
ベースのスタックフィルタを実施する好適方法である。
図７は、図４のスタックフィルタを生成するのに用いら
れる設計手順のフローチャートである。図８は、１ビッ
トからＮビットへの解像度強調を実現するために並列構
造を採用したスタックフィルタの代替実施例である。図
９は、本発明により生成される１ビットから２ビットへ
の変換フィルタのフィルタ設計プロセスのフローチャー
ト例である。図１０は、図９に記載のプロセスで設計さ
れたフィルタを用いて２ビット／画素のビットマップを
得るプロセスを説明するブロック図である。図１１と１
２は、図１０に記載のプロセスによって生成され、結果
として得られた２ビット／画素のグレースケールビット
マップを印刷する二種類の代替方法を示す。

【００１２】本発明は、１からＮビットへの画像強調フ
ィルタを設計および導入するための方法と装置に関する
ものである。設計方法は、出力画像のグレーレベルスラ
イスを生成するテンプレートベースのスタックフィルタ
の計算機援用設計を含む。

【００１３】図１は一次元の画像信号のスタック表現例
を示す。一般にグレースケール入力信号は、しきい値を
利用して、図中、レベルスライス１、２、および３で表
されている２値スライスに分解される。記載例のグレー
スケール信号は、０，１，２，３という４種類の可能レ
ベルに限定されている。個々のレベルスライスを加え合
わせる、即ちスタックして種々のグレースケール画像信
号レベルが形成される。いずれの画素についても、スラ
イス中の１は、最低スライス（図１に記載されているよ
うにレベルスライス１）から始まり、グレースケール画
素の値に対応するスライスに及ぶ。即ち、任意のコラム
は、値の単一表現を与える。レベルスライス２はレベル
スライス１の部分集合であり、画素のコラムにはギャッ
プ（例えば１−０−１）は生じ得ない点に注意された
い。この信号分解方法は、画像処理の分野では周知であ
り、Ｎ−１の２値レベルスライスのレベルがＮグレース
ケールレベルを表すのに使用される場合に、支援数学な
らびに導入電子工学の単純化を導くものである。

【００１４】本明細書で使用されているように、出力が
常に入力の部分集合である場合、フィルタは非拡張的で
あると言われる。反対に、出力が常に入力の超集合であ
る場合、フィルタは拡張的である。本発明の一部を成す
レベルスライススタックフィルタは拡張的または非拡張
的であるように設計される。

【００１５】図２に、本発明の１からＮビットへの解像
度強調を達成する反復ベースのスタックフィルタの普遍
化実施例が示されている。２値入力画像２０は、まず第
一フィルタ２２を通され第一レベルスライス２４を生成
する。２値入力２０は複数のラスタ化された２進信号と
して表されるいずれかの画像であり、そのソースは走査
またはディジタル化された文書あるいはコンピュータ生
成ビットマップを含むが、これらに限定されるわけでは
ない。ソースに関係無く、２値画像２０は、メモリに記
憶され、および／または、検索回収される。本明細書中
に記述されるフィルタは、ルックアップテーブルフィル
タ、モーフォロジカルフィルタ、レベルスライスを生成
するのに使用される２値−２値フィルタのいずれか同様
な組み合わせである。各フィルタの出力、即ちレベルス
ライスは、それ自体、２値画像を形成する複数の２進信
号である。レベルスライスは、各々、２値化されて２値
画像を得ようとする連続階調文書画像にしきい値処理を
施すことによって得られる２値画像の予測を表す。連続
階調画像に含まれているのは、いくつかの可能方法のい
ずれかにより構成または取得される、複数ビット／画素
の理想形態の画像である。一例として、画像の高アドレ
ス指定能力２値形態を平均化することにより、または、
形態状の骨格線と黒色を備えた平均化画像とのＯＲを求
めることにより、理想グレースケール画像が得られる。

【００１６】図１で使用されているような表記ＦＩＬＴ
_(x)-(y) は、２値画像ｙを得るための２値画像ｘのフィ
ルタを示す。第一フィルタによる処理の結果として、第
一レベルスライス２４が生成される。第一レベルスライ
スは、その２値入力画像が導出されるグレースケール画
像の相当レベルスライスであると予測されるものを表
す。次に、第一レベルスライスは第二フィルタ２６を通
されて、順次、第二レベルスライス２８を生じる。更
に、図２に記載されているように、このプロセスはＮ−
１回繰り返され、ＦＩＬＴ_(N-2)-(N-1) ３０はスライス
３２を生じるが、式中、Ｎは出力画像に対して所望され
る可能グレースケールレベル数である。第一フィルタが
最低スライスに関するものである場合、以降のフィルタ
は非拡張的でなくてはならないので、スライスが高くな
るほどレベルスライスは減り、従って、正しくスタック
する。逆に、最高レベルで開始すると、以降のフィルタ
は拡張的でなくてはならにので、レベルが低くなるほど
レベルは広くなる。Ｎ−１レベルの各々についてレベル
スライスを生成する場合、各レベル内の画素に対応する
２進信号がアドレスブロック３４にスタックされて、そ
の画素の値すなわちアドレスを形成する。ラスタ形式に
より再結合されると、アドレスブロック３４から出力さ
れた複数の画素の値すなわちアドレスがＮビットのグレ
ースケール出力画像３６を作る。

【００１７】図２に記載されているように、スタックフ
ィルタの各ステージ３８は、そのフィルタの窓の高さと
同数の走査線のメモリを備えたバッファを要する。それ
故、遅延がフィルタ前後関係を確立するのに要する時間
の結果によるものであれば、初期パイプライン遅延は各
ステージの遅延合計であるが、スループットは各ステー
ジのスループットの合計ではなくて最も遅いステージの
スループットと同じである。代替実施例では、図２に記
載されているものと同様な機構を用いて、スタックフィ
ルタの器具の全体または一部を並列化できる点にも注意
されたい。しかしながら、非パイプライン機構の場合は
ステージ間の画像ビットマップ全体を記憶する必要があ
る。一般にパイプライン方式の実施例のバッファの方が
所要全体メモリが少ない。

【００１８】個々のフィルタステージ内には、モーフォ
ロジカルフィルタ、テンプレートマッチングフィルタ、
または他の論理ベースのフィルタのような２値因子があ
る。これらの２値化フィルタは、本明細書に記載されて
いるように、同時に全部ではなく、一度に一個ずつ設計
できる程度に独立している。従って、個々のフィルタ
は、少なくとも画素３２個のテンプレートすなわち窓を
用いて、かなり複雑にすることが出来る。前にかけられ
たフィルタからの出力をフィルタに通すことにより、同
様設計のフィルタと比較して、結果として得られる精度
を低める傾向があるが、しかしながら、これは、窓のサ
イズを大きくすることによって得られる大きな精度ゲイ
ンによって克服される。

【００１９】図３と４は、図２の普遍実施例に対する二
種類の代替実施例であり、非拡張フィルタは、ＡＮＤ４
２ならびに反転４４と連関されたルックアップテーブル
（ＬＵＴ）４０を用いて実施されるテンプレートマッチ
ングステージより成っている。更に詳しく述べると、図
３は二つの与えられたレベルの間の異なる画像４６の反
転を生じるルックアップテーブル４０を採用している。
本発明は、ＡＮＤと連関され、各レベルが正しくスタッ
クすることを保証する。設定された減法濾波を効果的に
実施することにより、レベル２はレベル１等の部分集合
となり、任意レベルの操作順序は非拡張フィルタを形成
する。図４はグレーレベルスライスを得るための代替Ｌ
ＵＴフィルタ実施例である。この実施例は、レベル間の
相違が比較的小さい場合に必ず役に立つ。このような状
況では、必要なのは異なる画素を識別することだけであ
るので、トレードオフを行うことができ、小さいＬＵＴ
でタスクを実施できる。結果として得られる増分「コス
ト」は、追加反転演算である。ルックアップテーブルタ
イプのフィルタと連関される他の論理演算の組合わせに
より、拡張的にも非拡張的にも出来る点に注意された
い。特定用途の好適実施例は、利用可能な計算アーキテ
クチャによって大きく異なる。

【００２０】同様に図５は、図２の普遍構成の拡張フィ
ルタ実施例を示すものである。図３と４の実施例のよう
に、各々の拡張フィルタステージ３９のグレーレベルス
ライスを作るのにＬＵＴ４０が使用されている。更に詳
しく述べると、ＬＵＴは、例えば２値入力画像とレベル
スライスＮ−１という２つの任意レベル間の差分画像を
生成する。ＯＲ演算５０は、実質的には、レベルＮ−２
がレベルＮ−１等の超集合である場合に任意層の一連の
演算が拡張フィルタを形成するように和集合フィルタを
実施することにより、レベルが正しくスタックすること
を保証する。

【００２１】テンプレートマッチングフィルタを採用す
る場合、出力が１または０の２進数字となる全部の画素
を識別するのとは異なり、変更画素だけを識別するよう
にテンプレートが選択されるときには、テンプレートの
ルックアップテーブルはずっと少ないエントリから構成
される。これは、フィルタが差分画像を生成するからで
ある。更に、テンプレートマッチングの代わりにモーフ
ォロジカルフィルタを使用することも可能である。記載
実施例に対するこれらの変更はパイプライン制御も可能
で、それにより全体記憶要求が小さくなり、ハードウェ
ア機器の総合スループットを向上できる。

【００２２】次に、反復ベースのスタックフィルタを実
施する好適方法が記載されている図６を参照すると、２
値画像２０は１個または複数個の拡張フィルタステージ
３９または非拡張フィルタステージ３８によるフィルタ
とすることもできる。前述の通り、種々のフィルタステ
ージからのレベルスライスはアドレスブロック３４によ
って組み合わせられてグレースケール画像３６ができ
る。入力２値画像よりも広いスライスを作るために拡張
フィルタが使用され、また、小さくなるスライスを作る
ために非拡張フィルタが使用されるので、図６に図示さ
れている実施例は好適である。この実施例により、いず
れか任意のスライスに関する推定工程を減らすことがで
き、従って、精度ならびに速度の性能が高くなる。更
に、前述の単パイプライン実施例が二部分に分けられて
いるので、スループットの安定状態は変化せずにパイプ
ラインの待時間（最初の画素が出てくる迄の時間）が短
くなる。本明細書に示した反復スタック機構から、スタ
ックフィルタ模範例は、２値からグレースケールへの変
換に自然な設定であることが分かる。このプロセスに採
用される各フィルタは２値または論理因子である。これ
は、算術平均などの関連概型の設計および実施の簡約化
を導くものである。フィルタ機構に反復を採用したこと
により、ロースならびにドウフェルティが遭遇した組合
わせの複雑さを低減し、本発明による更に大きな窓を備
えたフィルタを設計できる。

【００２３】個々のフィルタ各々は、画像及び統計原理
のトレーニングセットを利用して設計される。図４のフ
ィルタの二個のスライスの設計手順例を図７に示す。こ
のフィルタ設計プロセスは、理想グレースケール画像７
０、例えば、高アドレス指定能力２値画像を生成した後
に正規解像度および複数ビット画素にスケーリングする
ことによって入力されるＰｏｓｔＳｃｒｉｐｔ（商標）
（アドビ社）のようなページ記述言語（ＰＤＬ）で得ら
れる画像、から開始する。グレー画像は次いでステップ
７２でレベルＴ_B にしきい値処理が施され、スタックフ
ィルタの作動中に、遭遇すると考えられる２値画像と統
計的に同様な２値画像７４を生成する。しきい値はステ
ップ７６と８０でも、しきい値Ｔ₁ とＴ₂ 、但しＴ_B ＜
Ｔ₁ ＜Ｔ₂ 、をそれぞれ利用して施され、望ましいレベ
ルスライスを生成する。レベル１のテンプレートセット
は、まず、ＸＯＲ（排他的論理和）演算８４を用いて差
分画像８６を作って差分画像を生成することによって得
られ、次に、予め参照として本明細書に含まれるＲ．エ
スクバックによる特許出願第０８／１６９，４８３号に
開示されているものと同様なテンプレート設計プログラ
ム８８に、差分画像と元の２値画像とが入力される。テ
ンプレート設計プログラムの出力は、図７でＬＵＴ₁ ９
０で表されるテンプレートセットであり、これにより２
値画像をフィルタに通してレベルスライス１の差分画像
を生成することができ、誤差のある画素を最小数にでき
る。

【００２４】参照数字９２で示されるテンプレートの第
二ルックアップテーブルＬＵＴ₂ は、ステップ９４で２
値画像に第一ルックアップテーブルＬＵＴ₁ をかけるこ
とによって設計される。フィルタによって得られるこの
スライス１の差分画像９６と、しきい値Ｔ₂ を適用する
ことによって得られるスライス２がテンプレート設計プ
ログラムで利用され、ＬＵＴ₂ が作られる。具体的に言
うと、ステップ９８で差分画像９６が反転され、次にス
テップ１００で２値画像７４とＡＮＤがとられ、ステッ
プ１０２にてフィルタに通されたレベルスライス１画像
を作る。この画像は次に、ステップ１０４にて、しきい
値をＴ₂ 使って生成されたレベルスライス２画像とのＸ
ＯＲがとられ、差分画像１０６を生成する。前述のよう
に、差分画像１０６とフィルタに通されたレベルスライ
ス２画像は、テンプレート設計プログラム８８の第二例
に入力される。テンプレート設計プログラム８８の第二
例を利用して、テンプレートの第二ルックアップテーブ
ル９２が設計される。同様プロセスを利用して以降のル
ックアップテーブルＬＵＴ_n を作ることができる。

【００２５】トレーニングセットを作成するための前述
方法は、画像のＰＤＬソースのために正投影技法である
と考えられている。例えば、初期量子化が８ビットで行
われ、適当なしきい値が続く場合に走査画像を利用する
ことにより、トレーニングセットを複写セット用に作成
することもできる。

【００２６】性能を考えた場合、開示フィルタ実施例で
は、出力強調のために１ビット／画素から２ビット／画
素にテキストを変換する場合に、よく作用できることが
実証されている。また、この反復ベースのフィルタは、
レベルスライス間の差異が小さい場合、および、構造化
領域で異なる画素が生じる場合にも、よく作用できると
考えられている。また、フィルタは、実質上、図７につ
いて説明されているように、フィルタからの出力を他の
フィルタステージへの入力として利用する場合に発生す
ることのある潜在的予測誤差のために、恐らく１少数ビ
ット／画素の生成に限定されることになるであろう。

【００２７】前述の通り、スタックフィルタはレベルス
ライス間に「ギャップ」がないように組み立てられる。
しかしながら、「スタッキング」に関する無ギャップと
いう基準を放棄することは、並列フィルタが２値画像に
直接作用してスライスを作って次々に加え合わせてい
く、無ギャップ基準の代わりとなる電子構成に通じる道
である。トレードオフは、更に高速な実施（直列ではな
く並列）ではなく、更に複雑な演算（スタックとは異な
って、加算または最大）である。図８に記載されている
通り、加算器１２０に入力を提供するために、複数の並
列ルックアップテーブル４０を採用することもできる。
加算器の出力は、マルチレベルグレースケール画像３６
である。これに関する更なる利益は、全部のフィルタが
２値入力画像に直接施され、予測誤差が、反復式実施例
で発生するように複合的にはならない点である。「加
算」フィルタまた加算器の設計は容易で、２値画像と任
意のレベルスライスの間に直接、トレーニングが実施さ
れる。実質的に発生しような大部分のテキストおよびラ
インアートのためのトレーニングセットについては、図
８の並列すなわち加算仕様のものにより、新規な基準に
基づいてスタックする画像が提供されるが、スタッキン
グは、制限された画像セットに対してしか保証されな
い。

【００２８】「無ギャップ」基準を満足する並列仕様の
スタックフィルタの設計は可能である。これを達成する
一つの方法は、設計プロセスにおいて異なるタイプの反
復を採用することによるものである。最初にフィルタの
非拡張的側面が考慮されるのであれば、前述の方法によ
って第一非拡張フィルタを生成することによって設計を
始める。次に、図７のトレーニング方法によって第二非
拡張フィルタが設計されるが、この事例では、第一フィ
ルタの異画素を識別する全部のテンプレートが第二フィ
ルタ内に存在していなくてはならない。この設計段階で
は、予め設計されてあったフィルタに、更に差異を識別
するためのテンプレートが追加される。フィルタ設計プ
ログラムは、次に、レベルスライス１の画像、２値入力
画像、および理想第二レベルスライスを生成するフィル
タを入力と見なす。この特定設計方法の一般規則は、高
い層のフィルタは、下の層の差異識別テンプレートを具
備しなくてはならない、というものである。連続的な拡
張フィルタの場合は、ルックアップテーブルから差異識
別テンプレートが除去される。このように、反復スタッ
クフィルタの並列実施例では、設計プロセスは、並列に
適用される場合に適正なスタッキングを保証するよう
に、反復的に実施される。

【００２９】更に別の仕様は、図７の仕様と、既に説明
され図８に図示されている完全並列仕様の中間のもので
ある。これは、ツリーベース仕様で、一次フィルタが５
０％レベルに作用し、その出力は、少なくとも二個の二
次フィルタ、例えば２５％レベルと７５％レベルに作用
する一対のフィルタ、に出力する。次に、二次フィルタ
のうちの第一フィルタは、レベル１２．５％と３７．５
％で作用する二個の三次フィルタに出力する、等々。繰
り返すが、スタッキングの保証はないが、実質的には、
ほとんどのトレーニングセットに合った働きが予測され
る。中間構成を有することにより、このフィルタは合成
誤差とスタッキングギャップ誤差を最小限にすることに
ついて中間的な長所を有する。ツリーベース仕様をパイ
プライン化したものは、待時間は図７の仕様を下回った
が、スループットは図８の完全並列仕様と同じあった。

【００３０】前述の１ビットからＮビットへの画像強調
フィルタを設計および導入するための方法では、出力画
像の各「グレーレベルスライス」のテンプレートセット
の選定にコンピュータ支援選定が利用される。任意のレ
ベルスライスのテンプレートは、２値ビットマップから
そのレベルスライスに変換する場合に変更される画素を
識別し、それらのレベルスライスは「スタック」されて
完成画像を形成する。設計ならびに導入計画は、所定範
囲のグレーレベルとテンプレートサイズで使用できると
いう点で普遍的である。いくつかの変更態様を速やかに
設計して任意の製品構成の予算および性能に適合させる
ことが可能である。この設計方法により、何らかの独立
している各スライス用フィルタが設計され、従って、ロ
ースならびにドウフェルティの方法の計算制限が排除さ
れ、少なくとも画素３２個を備えたテンプレートが実現
可能となる。

【００３１】テンプレートルックアップテーブル（ＬＵ
Ｔ）の一般的な設計手順について説明したが、図９に、
１から２ビットへの変換フィルタのフィルタ設計実施例
の一例が示されている。図中、Ｔ₁ ＜Ｔ_B ＜Ｔ₂ ＜Ｔ₃
である。本明細書に説明されている通り、レベルスタッ
キングステップでは、全部のレベルスライスに０を有す
る画素が白として処理され、レベルスライス１だけに１
を有する画素がライトグレーとして処理され、レベル１
と２だけに１を有する画素がダークグレーとして処理さ
れ、全部のスライスに１を有する画素が黒として処理さ
れるように、作用する。また、図７については、プロセ
ス内の演算すなわちステップは円または楕円で囲まれて
おり、対象はボックスの中にあり、出力ルックアップテ
ーブルは影を付けたボックスの中に入っている。

【００３２】更に詳しく述べると、理想グレースケール
画像１５０は、その後、しきい値レベルＴ_B を用いて、
ステップ１５２でしきい値処理されて２値画像１５４を
生成する。ステップ１５６と１５８と１６０でも、各
々、しきい値レベルＴ₁ とＴ₂とＴ₃ を用いてしきい値
処理が実施され、各々、望ましいレベルスライス１６２
と１６４と１６６を生成する。レベル２のテンプレート
セットは、まずＸＯＲ演算１７０を用いて差分画像を生
成してレベルスライス２の差分画像１７２を作り、次
に、前述の通り、テンプレート設計ステップ１７４に差
分画像１７２と２値画像１５４が入力されることによっ
て得られる。テンプレート設計ステップの出力は、図９
でルックアップテーブル１７６（ＬＵＴ₂ ）として表さ
れているテンプレートのセットであり、２値画像をフィ
ルタに通してレベルスライス１の差分画像を生成し、誤
差のある画素を最小数に抑えることが出来る。

【００３３】参照番号１９４で示される第二ルックアッ
プテーブルＬＵＴ₃ は、ＬＵＴ₂ を利用して、ステップ
１７８でＬＵＴ₂ を２値画像に適用することによって設
計される。レベル２の差分画像１８０は、次にステップ
１８２で反転され、その後、ステップ１８４で２値画像
１５４とのＡＮＤがとられ、レベルスライス２のフィル
タ画像１８６ができる。フィルタ画像１８６は、次に、
ステップ１８８にて、しきい値Ｔ₃ を用いて生成された
レベルスライス３の画像とのＸＯＲがとられ、レベルス
ライス３の差分画像を作る。前述の通り、差分画像１９
０とレベルスライス２フィルタ画像１８６は、テンプレ
ート設計プログラム１９２の第二例に入力される。テン
プレート設計ステップ１９２の間、ＬＵＴ₃ テンプレー
ト１９４が設計される。

【００３４】「並列」プロセスでは、しきい値ステップ
１５６が利用され、レベルスライス１画像１６２を生成
する。レベルスライス１画像１６２は入力として供給さ
れてステップ２００で２値画像１５４とのＸＯＲがとら
れる。続いて、差分画像２０２と２値画像１５４がテン
プレート設計プログラムの第三例２０４に入力される
が、その出力は参照番号２０６で示されるＬＵＴ₁ を形
成するテンプレートである。一設計例において、テンプ
レートのサイズは５×５の窓に限定され、２５４５、２
０１４、および４７５０テンプレートが、各々、ＬＵＴ
₁ 、ＬＵＴ₂ 、ＬＵＴ₃ に採用された。各ルックアップ
テーブルのテンプレート数は、実質的には、論理的最小
化と、対称分析と、および統計分析に基づいて強調機能
に僅かに加わるに過ぎないテンプレートの選別と、によ
り少なくすることが可能である。これらフィルタは、１
画素当たり更に大きなビット数、更に大きな窓サイズ
や、別の画像タイプや、恐らくは何らかの特殊な方法で
の中間調処理に対処して速やかに再設計できる点に注意
されたい。

【００３５】図１０には、図９のＬＵＴを用いて２ビッ
ト／画素のビットマップを得るための方法が示されてい
る。具体的に述べると、２値画像２０を第一ルックアッ
プテーブル２２２に送ることによってライトグレーのレ
ベルスライスが生成される。結果として得られたレベル
スライス１の差分画像は、次にブロック２２４で２値画
像２０とのＯＲがとられ、ライトグレーのレベルスライ
スができる。ライトグレーレベルスライスの情報はスタ
ッキングブロック２２６に渡され、そこで付加レベルス
ライスデータと一緒にスタックされる。ダークグレーの
レベルスライスは、２値画像２０が第二ルックアップテ
ーブル２３０に入力される同様方法で生成される。次い
で、ルックアップテーブル２３０は反転差分画像を生成
し、これはインバータ２３２に渡された後、ブロック２
３４にて２値画像とのＡＮＤが求められる。結果として
得られたＡＮＤブロック２３４からの出力は、スタッキ
ングブロック２２６と第三ルックアップテーブル２３８
の入力の両方に渡される。ダークグレー画像スライスの
演算により、ルックアップテーブル２３８は反転差分画
像を生成するが、これは最初にブロック２４０で反転さ
れ、次にブロック２４２でダークグレー画像スライスと
のＡＮＤが求められる。ＡＮＤブロック２４２の出力も
スタッキングブロック２２６に渡される。スタックフィ
ルタ作用素の各レッグが作用する速度に矛盾があるの
で、スタッキングブロック内の２値レベルスライスデー
タに、同期化および一時緩衝の両方または一方を施すこ
とが好ましい。

【００３６】特定画素について全部の２値レベルスライ
スデータを利用できる場合、本質的に図１に記載されて
いるプロセスと逆プロセスを利用して、データがスタッ
クされ２ビットのワードが形成される。表１はブロック
２２６で実施されるスタッキング作業をまとめたもので
あるが、共通画素位置の２進信号が「スタック」され
て、右端のコラムに示され、図１０で出力２４４として
表されている、結果として得られるグレースケール出力
レベルが決定される。

【表１】

【００３７】図１１と図１２は、結果として得られた２
ビット／画像のグレースケールビットマップを印刷する
ための方法のいくつかを示すものである。図１１は簡単
であるが、２ビット／画素のマーキング装置２５０を要
する。図１２の方法では、レーザーを採用したラスタ出
力スキャナ（ＲＯＳ）のようなマーキング装置を駆動す
るために、同じ２ビット／画素のグレースケール信号を
利用するものの、ビデオ信号の生成するために、それ以
外の画像処理機能は使用していない。

【００３８】図１２の印刷実施例において、ブロック２
６０の３×直線スケーリングは、ビットマップの高速走
査方向にのみ実施される。ブロック２６２のスケーリン
グならびに２値化のためのしきい値処理の後、高アドレ
ス指定印刷能力を備えた印刷装置を用いて画像を出力す
ることができる。一般に、スケーリングされてしきい値
処理が施されたデータはブロック２６４で３ビットの直
列ストリングにグループ化され、また、一連の３ビット
ストリングとして表される画像、画像２６８は、ラスタ
出力スキャナを駆動するビデオ信号を生成するパルス幅
位置変調（ＰＷＰＭ）装置２７０を駆動するために利用
される。

【００３９】要約していうと、本発明は、１ビット／画
素の画像信号から複数ビット／画素の形態への強調を行
うための方法と装置である。簡単に述べると、２値入力
画像が第一フィルタを通されて第一レベルスライスが生
成される。本明細書中でいうレベルスライスフィルタ
は、ルックアップテーブルすなわちテンプレートベース
のフィルタ、モーフォロジカルフィルタ、または、いず
れかレベルスライスの生成に利用可能な同様な２値から
２値へのフィルタとして利用される。各フィルタの出力
であるレベルスライスは、それ自体は２値画像を形成す
る複数の２値信号である。次に、第一レベルスライスは
第二フィルタに通され第二レベルスライスが生成され、
前述プロセスが繰り返されてＮ−１スライスが作られる
のだが、式中、Ｎは出力画像において望ましい可能グレ
ースケールレベルの数である。スライスが生成される
と、結果として得られたその中の２値画像データは、ス
タッキング作業で再び組合わせられ、複数ビット／画素
の出力が作られる。本明細書中には、レベルスライスフ
ィルタを並列にかけ、それらの出力を加え合わせるまた
はスタッキングすることによって組合わせる代替方法も
提示されている。

【００４０】

【発明の効果】従って、本発明により、２値ビットマッ
プ画像の１ビット／画素からＮビット／画素への強調を
実現するための方法と装置、更に詳しくいうと、かかる
強調を実現するためのテンプレートマッチングスタック
フィルタの使用法が提供されることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一次元の画像信号のスタック表現の一例の説
明図である。

【図２】 本発明による１ビットからＮビットへの解像
度強調を実現する反復ベースのスタックフィルタの一般
実施例の概略ブロック図である。

【図３】 図２の一般実施例に対する代替例を図式的に
記載したものである。

【図４】 図２の一般実施例に対する代替例を図式的に
記載したものである。

【図５】 図２に記載の普遍化された構成の広範囲なフ
ィルタ実施例である。

【図６】 図６は、本発明による反復ベースのスタック
フィルタを実施する好適方法の説明図である。

【図７】 図４のスタックフィルタを生成するのに用い
られる設計手順のフローチャートである。

【図８】 １ビットからＮビットへの解像度強調を実現
するために並列構造を採用したスタックフィルタの代替
実施例の説明図である。

【図９】 本発明により生成される１から２ビットへの
変換フィルタのフィルタ設計プロセスのフローチャート
例である。

【図１０】 図９に記載のプロセスで設計されたフィル
タを用いて２ビット／画素のビットマップを得るプロセ
スを説明するブロック図である。

【図１１】 図１０に記載のプロセスによって生成さ
れ、結果として得られた２ビット／画素のグレースケー
ルビットマップを印刷する代替方法の説明図である。

【図１２】 図１０に記載のプロセスによって生成さ
れ、結果として得られた２ビット／画素のグレースケー
ルビットマップを印刷する代替方法の説明図である。

【符号の説明】

２０ ２値入力画像、２２ 第一フィルタ、２４ 第一
レベルスライス、２６第二フィルタ、２８ 第二レベル
スライス、３０ フィルタ、３２ レベルスライス、３
４ アドレスブロック、３６ グレースケール出力画
像、３８ 非拡張フィルタステージ、３９ 拡張フィル
タステージ、４０ ルックアップテーブル、７０ 理想
グレースケール画像、７４ ２値画像、８６ 差分画
像、８８ テンプレート設計プログラム、９０ 第一ル
ックアップテーブル、９２ 第二ルックアップテーブ
ル、９６ 差分画像、１０６ 差分画像、１２０ 加算
器、１５０ 理想グレースケール画像、１５４ ２値画
像、１７２ 差分画像、１７６ルックアップテーブル、
１８０ レベル２の差分画像、１８６ 濾波済み画像、
１９０ 差分画像、１９２ テンプレート設計プログラ
ム、１９４ 第二ルックアップテーブル、２００ 第一
ルックアップテーブル、２０４ テンプレート設計プロ
グラム、２０６ テンプレート、２２６ スタッキング
ブロック、２３０第二ルックアップテーブル、２３２
インバータ、２３８ 第三ルックアップテーブル、２７
０ パルス幅位置変調装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ピー・ロース アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウエブスター ストーニーポイントトレ イル 206 (72)発明者 アール・ビクター・クラッセン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウエブスター ブルックスボロドライブ 293 (72)発明者 ユィン−ウェイ・リン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 ペンフィールド ヒルライズドライブ 119

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）複数のラスタ変換された２進信号
   を受信するステップと、 （ｂ）ラスタ化された２進信号をフィルターに通して、
   複数のレベルスライスフィルタの各々から２値レベルス
   ライスを生成するステップと、 （ｃ）２値レベルスライスを組み合わせて複数ビット／
   画素のグレースケール画像を生成するステップとから成
   る、 ２値入力画像を示す複数のラスタ化された２進信号を、
   複数ビット／画素のグレースケール画像に変換する方
   法。
2. 【請求項２】 （ａ）第一メモリＭ（ｘ，ｙ）に２値入
   力画像Ｂ（ｘ，ｙ）を記憶するステップ、及び、 （ｂ）第一メモリＭ（ｘ，ｙ）に記憶されている２値画
   像をフィルターに通し、当該２値画像Ｆ₁ （ｘ，ｙ）を
   生成するステップと、 （ｃ）当該２値入力画像Ｆ₁ （ｘ，ｙ）を第一メモリＭ
   （ｘ，ｙ）に記憶するステップと、 （ｄ）第一メモリＭ（ｘ，ｙ）に記憶されている２値画
   像をフィルターに通し、新しい当該２値画像Ｆ_n （ｘ，
   ｙ）を生成するステップと、 （ｅ）当該２値画像Ｆ₁ （ｘ，ｙ）と新しい当該２値画
   像Ｆ_n （ｘ，ｙ）をスタックしてグレースケール出力画
   像Ｏ（ｘ，ｙ）を生成するステップ、とから成り、 その中の複数の画素の各々が２ビット値で表されること
   を特徴とする、 複数のラスタ化された２進信号として表される２値入力
   画像Ｂ（ｘ、ｙ）を、複数ビット／画素のグレースケー
   ル画像に変換する方法。
3. 【請求項３】 ２値入力画像を記憶するための第一メモ
   リと、 記憶２値画像がかけられる拡張レベルスライスフィル
   タ、前記第一レベルスライスフィルタはそこにかけられ
   る記憶２値画像の各画素に応えて第一２進信号を生成し
   て第一レベルスライス画像を生成すること、及び、 記憶２値画像がかけられる非拡張レベルスライスフィル
   タ、前記第二レベルスライスフィルタはそこにかけられ
   る記憶２値画像の各画素に応えて第二２進信号を生成し
   第二レベルスライス画像を生成することと、 第二画像スライスと第一画像スライスを論理的にスタッ
   クして、２値入力画像内の複数の２値画素の各々を、２
   ビット値として表す複数ビット／画素の画像を生成する
   ためのスタッキング論理、とから成るディジタル画像濾
   波装置。