JPH08214162A

JPH08214162A - 局所的画像特性に基づいた画像のしきい値処理のためのマルチマトリクス技術

Info

Publication number: JPH08214162A
Application number: JP7290090A
Authority: JP
Inventors: Yongchun Lee; ヤンチュン・リー; Joseph M Basile; ジョセフ・マリアーノ・バジル; Peter Rudak; ピーター・ルダク
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 1996-08-20
Also published as: DE69533054T2; DE69533054D1; EP0712094A3; US5583659A; EP0712094A2; EP0712094B1

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズに対する耐性が高く、境界部分におけ
る疑似輪郭を低減でき、低いコントラストの対象画像を
正確に検出できる、グレイスケールの入力画像をしきい
値処理する装置を提供すること。【解決手段】グレイスケールの入力画像をしきい値処
理する装置であって、所定の大きさの第１のマトリクス
を用いて、エリア強度勾配値を決定するための手段６１
０，６１５，６１７，６２０と、第２のマトリクス内に
含まれる画素強度値のなかから最大値および最小値を決
定するための手段６３５と、エリア強度勾配値、および
画素強度値の最大値および最小値に基づいて、画像内の
対象画素位置（ｉ，ｊ）に対する画素強度値を、出力画
素強度値へとしきい値処理するための手段６２５，６４
０，６５０，６５５，６６０，６８０，６９０とを有し
て構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、局所的画像特性に
基づいて画像を正確にしきい値処理するための装置およ
びこれに付随する方法に係り、特に、輝度変化における
ノイズに対する耐性を高めるとともに境界近傍における
疑似輪郭を削減するためのマルチマトリクスを用いたし
きい値処理を行なうための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】デジ
タル画像処理およびデジタル通信が普及するようにな
り、大量の印刷物あるいは文書が走査されて、これに続
いて、コンピュータ処理および／あるいはデジタル伝送
工程が実施される。このようなコンピュータ処理は、例
えば、機械による印字かあるいは手書きかにかかわらず
印刷された文字に関して、走査されたビットマップを、
アスキー（ＡＳＣＩＩ）コードのような適切な文字コー
ドに変換する光学的文字認識を含んでいる。アスキーコ
ードのような文字コードの使用は、ワードプロセッサお
よび類似のコンピュータ化された文書処理装置に対して
好適なものとなっている。

【０００３】グレイスケールの文書を走査することで、
走査された文書内のそれぞれの画素に対して、複数ビッ
ト、典型的には８ビットの数値が割り当てられる。この
数値は、文書内の点に対応する画素に対する２５６レベ
ルのグレイスケールにおける輝度を表している。このよ
うな画素は、スキャナの分解能に応じて生成され、この
分解能は、通常２００−４００ピクセル／インチ（約８
０−１６０ピクセル／ｃｍ）であり、より細かい画像に
対しては、１２００ピクセル／インチ（約４７０ピクセ
ル／ｃｍ）あるいはそれ以上となる。結果的に、８．５
インチ×１１インチ（約２２ｃｍ×２８ｃｍ）の走査さ
れる画像は、かなりの量のグレイスケールデータを有し
ている。走査された文書において、通常、手書きあるい
は印刷された文字は、白あるいは明るい色の背景に対し
て白あるいは黒の色を有するか、あるいはその逆である
ように、背景に対して対照的な色を有しているので、文
書内における任意の画素の正確な輝度は、その画素が文
字あるいは背景のいずれに属するかということより重要
なことではない。それゆえ、走査された文書画像、ある
いは文書と図形とを両方有する画像において走査された
文書部分は、シングルビットの画素により効率的に表現
されるといえる。走査された画像のそれぞれの画素に
は、原画像においてその画素が文字部あるいは前景部に
属する場合には、”１”が設定され、原画像においてそ
の画素が背景部に属する場合には、”０”が設定され
る。異なる型の走査画像を容易に区別するために、複数
ビット（それゆえ複数値）を有する画素により構成され
るグレイスケール画像が設定される。この際、シングル
ビットの画素からは、２値（バイナリ）画像が形成され
る。さらに、２値画像は、同じ画像に関する８ビットの
グレイスケールの再現性に対して、例えば８分の１の少
ないデータを有して与えられた文字画像を表現するか
ら、バイナリ画像は対応するグレイスケール画像よりも
効率的であり、それゆえ文字画像の記憶および通信に用
いるのに好適である。また、２値画像は、例えば、CCIT
T Group 3 あるいはCCITT Group 4 の圧縮規格のような
標準的な圧縮技術を用いて容易に圧縮できるので、より
好適である。

【０００４】いわゆるしきい値処理を通して、グレイス
ケール画像が２値画像に変換される。実質的には、走査
されたグレイスケール画像におけるそれぞれの複数ビッ
トの画素値は、所定のしきい値と比較される。このしき
い値は、対応するシングルビットの出力を得るために、
固定されることもあれば、変動、あるいは最適に変動さ
れることもある。複数ビットの画素値が、その画素に対
するしきい値に等しいかあるいはしきい値を越える場合
には、その画素に対して結果として出力されるシングル
ビットには、”１”が設定される。逆に、しきい値が複
数ビットの画素値よりも大きな場合には、その画素に対
して結果として出力されるシングルビットには、”０”
が設定される。このような方法を用いて、しきい値処理
を行なうことで、走査されたグレイスケール画像におい
て、背景から、文字あるいは他の対象画像を形成する画
素を抽出することができる。この際、それぞれの文字あ
るいは対象画像を形成する画素には、通常はブラックに
対応する数値が割り当てられ、背景に属する画素には、
通常はホワイトに対応する数値が割り当てられる。説明
を明確にするために、以下では、それぞれの文字あるい
は対象画像等を１つにまとめて、”対象画像”と称する
こととする。

【０００５】理想的には、最適なしきい値処理において
は、走査された画像内において、対象画像内のすべての
画素のみが、正確に選択され、これらの画素に対して共
通のシングルビット値、例えばブラックに対する”１”
が割り当てられる。しかし、実際的には、走査処理にお
けるノイズ、背景のシェーディング、照明の不均一性お
よび他の現象により、画像全体に対して、１つの固定さ
れたしきい値を用いることは不可能である。これに関し
て言えば、しきい値が低すぎると、結果として得られる
画像に、すべての領域とは言えないまでも、かなりのノ
イズが含まれることになる。一方、しきい値が高すぎる
と、すべての領域とは言えないまでも、画像の細部が不
十分となり、この画像に関して後に続く処理を複雑にし
てしまう。上記の理由から、走査された画像内のすべて
の画素に対して、異なる適切なしきい値を選択する方法
を用いるのが好適であると、従来技術では認識されてい
る。この場合、適切なしきい値が、画像の局所的特性、
すなわち対象とする画素まわりの局所画像内に起こる画
像特徴を基にして決定される。それゆえ、しきい値は画
像に沿って変動し、局所的な画像変化に対応する。

【０００６】通常、変動型のしきい値に対する共通の方
法は、局所的な強度コントラスト（あるいは強度勾
配）、局所的な平均強度、および／あるいは局所的変化
のような局所的な画像特徴の測定に基づいており、この
ような測定は、対象とする画素を中心とした局所マトリ
クス内で行われる。そして、この測定値を用いて、画素
が、対象画像の画素であるブラックか、あるいは背景画
素であるホワイトかに分類される。この場合、初期化お
よび対象画像認識等のユーザの介在を最小限にとどめる
とともに、しきい値処理がなされた画像においても鮮明
な背景を得るために、広い範囲の文書内において、種々
の対象画像を抽出する必要があるから、方法が複雑かつ
手間のかかるものとなり、現実の処理は理想からはずれ
たものとなる。実際上は、これらの対象画像は、例えば
不鮮明で不完全な対象画像を含んでおり、グレイの背景
内の白い対象画像、および黒い背景内のグレイの対象画
像のように、比較的低いコントラストを示す対象画像が
存在している。

【０００７】実際の画像に対して適切な処理を行なうた
めに、しきい値固定の方法の不備を補って、従来技術で
は、満足のいく処理を与えるための幾つかのしきい値変
動の方法が提案されている。しかし、これらすべての方
法は、１つあるいは複数の欠点を有しており、その有効
性が制限されている。

【０００８】局所的画像特徴の測定に基づいた種々の方
法が、M.Kamel 氏等による論文 "Extraction of Binary
Character/Graphics Images from Grayscale Document
Images", CVGIP: Graphical Models and Image Process
ing, Vol.55, No.3, May1993, pages 203-217（グレイ
スケール文書画像からの文字／図形２値画像の抽出）に
開示されている。この場合、”論理レベル”の方法は、
与えられた画素に対するグレイスケール値あるいは平滑
化されたグレイスケール値（画像にノイズが含まれる場
合）と、対象とする画素を直角方向に囲む４つの画素を
中心とする近傍の４つの局所的平均値とを比較すること
に基づいている。対象となる画素のグレイスケール値
が、他の４つの局所的平均値より充分に低い場合には、
対象となる画素が抽出される。他の方法、いわゆるマス
クベースド・サブトラクション(mask-based subtractio
n)では、画像内のすべての画素が、背景画像と文字／図
形画像との総計として与えられると考察される。まず、
論理フィルタを用いて、ほとんどの背景画素が検出され
る。このフィルタは、形式上は、パーティクル・ノイズ
( "particle" noise)を除去するように機能する。この
フィルタは、対象とする画素を通過する勾配角が０、π
／４、π／２、３π／４である４つの直線に対応した４
つの連続した画素に適用される。結果的に、フィルタリ
ングされた２値画像は、ブラックである文字／図形画素
と、ホワイトである背景画素とを有している。その後、
このフィルタリング、あるいはマスクされた画像は、所
定のストローク幅を用いて、その他の背景画素を検出す
ることで修正され、そして、すべての文字／図形画素に
対して、４つの背景画素を線形に内挿することで、対象
画素の背景画像のグレイスケール値が評価される。最後
に、走査された原画像から評価された背景画像を引くこ
とで、グレイスケール値で表される文字／図形画像が得
られる。この際、結果的に得られた差に対して、全体的
なしきい値処理がなされて、文字／図形２値画像が得ら
れる。全体的なしきい値は固定されてはいるが、このし
きい値と変動する背景値との結果的な差異に基づいて、
変動するしきい値が与えられる。これら２つの方法は、
一見したところでは、ノイズに対する耐性を有するが、
実際には、これらの方法はそれぞれノイズに対して高い
感度を有し、しきい値処理された画像から不鮮明および
／あるいは不完全な対象画像を抽出する場合には、頻繁
に背景画像にノイズが存在するようになる。

【０００９】アメリカ合衆国特許4,868,670号（１９８
９年９月１９日にR.R.A.Morton 氏他に付与され、現在
の権利譲受人に所有されている）に開示された他の方法
によれば、画像内において背景値が追跡され、この場
合、追跡される背景値の合計値としてしきい値が与えら
れるとともに、ノイズ値およびフィードバック信号が用
いられている。この際、例えばエッジのように画像内に
過渡状態が生じると、フィードバック信号が瞬間的に所
定のパターンに変更されて、しきい値が瞬間的に修正さ
れ、その結果、形式的には、フィルタリングされしきい
値処理がなされた出力画素値のノイズ成分は低減されて
いる。しかし、実際的には、この技術を用いると、背景
強度の急激な変化により、過渡的に強度が変化する部分
において、境界の疑似輪郭が発生することがある。さら
に、背景追跡の信頼性が低いことから、低いコントラス
トの対象画像を検出することに関しては問題がある。

【００１０】アメリカ合衆国特許4,468,704号（１９８
４年８月２８日にJ.C.Stoffel氏他に付与）には、他の
方法が開示されている。この場合、最適なしきい値処理
が、画像オフセットポテンシャル(image offset potent
ial)を用いて実施され、この画像オフセットポテンシャ
ルは、画像内におけるホワイトの山とブラックの谷のポ
テンシャルの関数として、連続する画素を基にして導か
れる。このオフセットポテンシャルは、画素ごとに変化
する最新のしきい値を与えるために、最も近傍の画素に
結合して用いられる。それぞれの画素に対する山および
谷のポテンシャルは、対象画素のポテンシャルと、所定
の最小のホワイトの山および最大のブラックの谷のポテ
ンシャルとを比較することで得られる。しかし、この技
術も、しきい値処理された画像内において、低いコント
ラストの対象画像を抽出することに問題がある。

【００１１】このように、上記の技術、特に装置および
これに付随する方法に関する従来技術においては、局所
的な画像特徴を基にして変化するしきい値を用いて、画
像内において対象画像を特定するために、正確かつ信頼
性を有するグレイスケール画像のしきい値処理がもとめ
られている。この技術においては、従来の変動しきい値
処理と比較して、ノイズに対する耐性が高く、境界部分
における疑似輪郭が低減されるとともに、低いコントラ
ストの対象画像を検出する正確性が高められる必要があ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるマルチマト
リクスのしきい値処理技術を用いることで、従来技術に
おける欠点を大幅に改善することができる。

【００１３】特に、本発明を用いて、走査されたグレイ
スケールのビットマップ画像において、それぞれの画素
（ｉ，ｊ）に対して、局所的な強度勾配値Ｇ（ｉ，ｊ）
が決定される。この強度勾配値は、画素（ｉ，ｊ）を中
心とした３×３（画素）のマトリクスに対して決定され
る。次に、対象画素（ｉ，ｊ）を中心としたＮ×Ｎ（画
素）のマトリクスに対して、最小強度値Ｌ_minおよび最
大強度値Ｌ_maxが決定される。さらに、個々の強度勾配
値を合計して得られる局所的なエリア強度勾配値ＧＳ
（ｉ，ｊ）が、対象画素（ｉ，ｊ）を中心として、通常
は（Ｎ−２）×（Ｎ−２）（画素）のマトリクス（ウィ
ンドウ）に対して導かれる。そして、それぞれの画素
（ｉ，ｊ）は、第１にエリア強度勾配値ＧＳ（ｉ，
ｊ）、第２に関連する最大値Ｌ_max および最小値Ｌ_min
を基にして、対象画像の画素、すなわちブラック、ある
いは背景の画素、すなわちホワイトに分類される。これ
らの３つのパラメータは、画像内において、それぞれの
画素に対して、対象画素が中心に位置する異なるのマト
リクスを用いて決定される。１つのマトリクスは、強度
勾配値Ｇ（ｉ，ｊ）を決定するために用いられ、他のマ
トリクスは、関連するＬ_min およびＬ_max を決定するた
めに用いられる。強度勾配値が決定されると、これらの
値は対象画素（ｉ，ｊ）を中心として配列化され、対応
するエリア強度勾配値ＧＳ（ｉ，ｊ）が決定される。

【００１４】このような局所的な測定値を用いること
で、それぞれの画素（ｉ，ｊ）は、第１にエッジ近傍に
位置するか否かに関して分類される。この点に関して
は、局所的な測定値、特に関連するエリア強度勾配値
が、所定のしきい値を越える場合には、それぞれの画素
がエッジ近傍にあると分類される。そうでない場合に
は、対象とする画素が、局所的に”平坦な”領域、すな
わち比較的一定のグレイスケール領域内に属することに
なる。さらに、エッジ上の画素は、その強度値を、Ｎ×
Ｎ（画素）の局所的マトリクスに対する平均強度値と比
較することで分類される。対照的に、平坦領域の画素
は、その強度値を、所定の強度値と比較することで分類
される。

【００１５】特に、画像内においてエッジ近傍に位置す
る画素（ｉ，ｊ）は、対象とする画素に対するエリア強
度勾配値ＧＳ（ｉ，ｊ）が高い場合、すなわちエリア強
度勾配値がしきい値ＧＴより大きな場合に検出される。
このような画素が検出されれば、これらからエッジの暗
い側の画素が検出される。この画素は、局所的なＮ×Ｎ
（画素）例えば７×７（画素）のマトリクスの中心に位
置され、その強度値Ｌ_c が関連するＬ_maxおよびＬ_minの
平均値より小さい場合に、対象画像の画素、すなわちブ
ラックと分類される。一方、この画素の強度値Ｌ_cが、
強度値Ｌ_minと強度値Ｌ_max との平均値を越える場合に
は、この画素は、背景画素、すなわちホワイトと分類さ
れる。

【００１６】画素（ｉ，ｊ）に対するエリア強度勾配値
ＧＳ（ｉ，ｊ）が、強度勾配値に関するしきい値より小
さい場合、例えばＮ×Ｎのマトリクスが比較的一定のグ
レイスケールの画像領域に沿って移動するような場合に
は、画素（ｉ，ｊ）は、単純なしきい値処理、すなわち
そのグレイスケール値に対して所定のしきい値ＩＴを用
いたしきい値処理を行なうことで分類される。この際、
画素（ｉ，ｊ）のグレイスケール値がしきい値ＩＴより
小さな場合には、この画素は、対象画像の画素、すなわ
ちブラックと分類され、その他の場合には、この画素
は、背景の一部、すなわちホワイトと分類される。

【００１７】また、画像のエッジを鮮鋭にするように、
しきい値処理の精度を高めるために、エッジ近傍の画素
の強度値が修正される。好適な実施態様においては、ブ
ラックの画素には”０”が割り当てられ、ホワイトの画
素には”１”が割り当てられる。特に、エッジの暗い側
に位置し、しきい値ＩＴを越える強度値を有する画素に
対しては、これらの画素の強度値が、しきい値ＩＴより
も少しだけ小さな値、例えば数値ＩＴ−へと低減され
る。反対に、エッジの明るい側に位置し、しきい値ＩＴ
より小さな強度値を有する画素に対しては、これらの画
素の強度値が、しきい値ＩＴよりも少しだけ大きな値、
例えば数値ＩＴ＋へと増加される。これにより得られた
グレイスケール画像を、所定のしきい値ＩＴに対してし
きい値処理するのみで、高画質の２値画像が生成され
る。

【００１８】本発明では、エリア強度勾配値（強度勾配
値の合計）を用いることで、しきい値処理された画像か
ら対象画像が正確に抽出されるとともに、背景ノイズお
よび境界における疑似輪郭の生成が大幅に削減される。
また、固定されたしきい値ＩＴを用いて逐次的にしきい
値処理を行なうことで、修正されたグレイスケール画像
において、低いコントラストの対象画像の検出が改善さ
れ、確実に高画質の２値画像が生成される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、次にあげる図面を参照し
て、本発明に関する詳細な説明がなされ、これにより本
発明の内容が、より理解されるであろう。図１は、本発
明を具体化する文書画像システム５を示すブロック図で
ある。図２および図３は、連結されて、１つのフローチ
ャートを構成する。図２は、本発明のマルチマトリクス
を用いたしきい値処理方法を集約的に示すフローチャー
トである。図３は、図２のフローチャートに続くフロー
チャートである。図４は、ソベルの勾配オペレータによ
り、対象画素（ｉ，ｊ）の強度勾配値を決定する際に用
いられる、画素位置を定義するための３×３のマトリク
スを示す図である。図５は、画像の強度値を記録するた
めに用いられる、対象画素（ｉ，ｊ）を中心とした近傍
のＮ×Ｎ画素を示す図である。図６は、画像の強度勾配
値を記録するために用いられる、対象画素（ｉ，ｊ）を
中心とした近傍の（Ｎ−２）×（Ｎ−２）画素を示す図
である。図７は、図１に示される文書１０のようなグレ
イスケールの原画像の走査ラインにおける強度値履歴４
００を示す図である。図８は、本発明の方法により、図
７に示される強度値履歴４００をしきい値処理した後の
結果として得られる修正された強度値履歴を示す図であ
る。図９は、本発明の好適な実施の形態を示すブロック
図である。図１０は、図９に示された回路６００の一部
を構成する強度勾配値総計回路６２０を示すブロック図
である。図１１は、図９に示された回路６００の一部を
構成する７×７の最大値および最小値検出器６３５を示
すブロック図である。説明を容易にするために、種々の
図に対して共通である同一の構成要素に対しては、でき
る限り同一の参照番号が付されている。

【００２０】以下の記載を読めば、当業者であれば、線
画の種類および画像がもともと表示された媒体の種類に
かかわらず、線画を有する文書画像を走査してしきい値
処理を行なうために、本発明が、ほとんどすべての文書
画像システムに適用されることが解されるであろう。例
えば、線画としては、図表、地図、文字、および／ある
いは図面が上げられる。ここでは、以下の記載において
説明を簡単にするために、本発明が文字や数字のような
記号データを走査してしきい値処理を行なうために用い
られることを前提とする。以下、このような記号を”対
象画像”と称することとする。

【００２１】本発明の実施の形態の例示および説明を目
的として、グレイスケール画素におけるブラックおよび
ホワイトに、それぞれ８ビットのグレイスケール値で”
０”および”２５５”が割り当てられると定義する。ま
た、これに合わせて、出力される２値出力において、ブ
ラックには”０”が割り当てられ、ホワイトには”１”
が割り当てられる。ブラックとホワイトとを逆に定義し
ても、本発明が同様に機能することが明らかであろう。
この際、当業者には明確であるように、画素の強度値を
比較する関連した不等式が、記載される例と反対とな
る。

【００２２】図１には、本発明を具体化した文書画像シ
ステム５のブロック図が示されている。図に示されるよ
うに、システム５は、グレイスケールによるスキャナ２
０、デジタル画像プロセッサ３０、および”単純な”し
きい値処理回路４０を有して構成されている。動作時に
は、種々の対象画像を含む文書１０がスキャナ２０によ
り走査され、複数ビット、通常は８ビットのビットマッ
プ化されたグレイスケール画像データＬが生成される。
このデータは、リード線２５を介して、デジタル画像プ
ロセッサ３０のデータ入力部へ送られる。そして、デジ
タル画像プロセッサ３０では、走査された画像データが
しきい値処理されて、修正されたグレイスケール画像デ
ータがリード線３７へ送られ、リード線３３へは２値画
像データが出力される。以下に詳細に記載される修正さ
れたグレイスケール画像は、逐次的にしきい値処理の正
確さを増加させるプロセッサ３０により、そのエッジが
鮮鋭にされる。リード線３７に出力される修正されたグ
レイスケール画像データは、しきい値処理回路４０の入
力部へと送られる。しきい値処理回路４０では、修正さ
れた画像データ内のそれぞれの画素に対する複数ビット
による画素強度値が所定の固定されたしきい値と比較さ
れ、これにより、いわゆる”単純な”しきい値処理が実
現される。しきい値処理の結果として回路４０により生
成された２値画像データは、他の２値画像出力としてリ
ード線４５を介して出力される。この場合、デジタル画
像プロセッサ３０において、本発明によるしきい値処理
が実行される。ビットマップ画像を処理するための高い
処理能力を得るために、プロセッサ３０は、図９に示さ
れる本発明の回路６００を含み、後に詳細に説明される
専用のハードウエア回路から構成されるのが好適であ
る。また、このような専用ハードウエアに代えて、マイ
クロプロセッサが、必要なデータ処理能力を得るために
充分に速い速度で命令を実行できる場合には、連想メモ
リおよび補助回路を備えた１つあるいは複数の通常のマ
イクロプロセッサで、プロセッサ３０を構成し、本発明
による方法をソフトウエア的にプログラム化することも
可能である。

【００２３】図２および図３は、１つのフローチャート
を分割して表したものであり、このフローチャートに
は、本発明によるマルチマトリクスを用いたしきい値処
理方法２００が集約的に示されている。方法２００を説
明する間においては、図４ないし図６も参照されるのが
好適である。

【００２４】方法２００は、画像を通して繰り返し実施
され、入力画像内のすべての画素を対象としている。画
像全体を通して、それぞれのグレイスケール画素を処理
する方法が同一であるので、ここでは、一般化された画
素（ｉ，ｊ）の処理を行なう方法に関してのみ説明す
る。ここで、符号ｉ，ｊは、正の整数であり、それぞれ
入力されたグレイスケール画像内の水平方向および垂直
方向の画素座標として設定されている。グレイスケール
画像データの他に、ユーザにより、２つのパラメータ
値、すなわち固定されたしきい値ＩＴおよびＧＴが与え
られる。以下に記載されるように、例えばコントラスト
および照明等の異なる特性を備えた多数の異なる画像に
対して、満足のいくしきい値処理を行なうために、これ
らのしきい値が調整されることもあれば、また、任意の
１つの型の画像および／あるいは走査条件に対応して、
最適なしきい値処理を行なうために、これらのしきい値
を調整することも可能である。ともかく、すべてのグレ
イスケール画素に対して方法２００を実行した結果とし
て、しきい値処理された２値画像あるいは修正されたグ
レイスケール画像が生成され、この際、結果として得ら
れた画素は、入力された画像内の画素にそれぞれ対応す
る。図２および図３には示されてはいないが、修正され
たグレイスケール画像を生成する場合には、対象画像に
対しては、固定された所定のしきい値ＩＴを用いて”単
純な”形態のしきい値処理が行なわれる。このしきい値
ＩＴは、以下に記載されるように設定される。そして、
必要な場合には、修正されたグレイスケール画像を、例
えばスケーリング(scaling) あるいはフィルタリング(f
iltering) を通して、さらに処理することが可能であ
る。

【００２５】特に、方法２００を開始する際には、まず
工程２０３が実行される。この工程では、画素（ｉ，
ｊ）の強度勾配値が決定される。この工程は、いわゆる
ソベル(Sobel) の勾配オペレータを、画素（ｉ，ｊ）を
中心とする画素のマトリクスに対して適用することで実
行される。図４に示されるように、マトリクス３１０と
して示されるこのマトリクスは、画素（ｉ，ｊ）を中心
とした３×３のマトリクスとして与えられている。以下
に示される式（１），（２），（３）に定義されるよう
に、ソベルオペレータは、水平方向および垂直方向の強
度勾配値ＧＸ（ｉ，ｊ）、ＧＹ（ｉ，ｊ）をそれぞれも
とめることに基づいている。そして、それぞれの画素位
置（ｉ，ｊ）に対して、ＧＸ（ｉ，ｊ）およびＧＹ
（ｉ，ｊ）の絶対値の和として、強度勾配値Ｇ（ｉ，
ｊ）が導かれる。 GX(i,j)=L(i+1,j-1)+2L(i+1,j)+L(i+1,j+1) -L(i-1,j-1)-2L(i-1,j)-L(i-1,j+1) (1) GY(i,j)=L(i-1,j+1)+2L(i,j+1)+L(i+1,j+1) -L(i-1,j-1)-2L(i,j-1)-L(i+1,j-1) (2) G(i,j)=｜GX(i,j)｜+｜GY(i,j)｜ (3) ここで、Ｇ（ｉ，ｊ）は、画素位置（ｉ，ｊ）における
強度勾配値を示し、Ｌ（ｉ，ｊ）は、画素位置（ｉ，
ｊ）における画像強度値あるいは輝度を示す。すべての
画素に対して、結果として得られた強度勾配値は、集約
されて走査画像全体に対する強度勾配記録を形成する。

【００２６】画素（ｉ，ｊ）に対して、強度勾配値Ｇ
（ｉ，ｊ）が決定されると、方法２００は工程２０６へ
と進む。この工程が実行されると、画素位置（ｉ，ｊ）
を中心とする（Ｎ−２）×（Ｎ−２）のマトリクス内の
すべての画素位置に対する強度勾配値の総計として与え
られる、画素位置（ｉ，ｊ）に対するエリア強度勾配値
ＧＳ（ｉ，ｊ）が決定される。この（Ｎ−２）×（Ｎ−
２）のマトリクスは、図６において、５×５（画素）サ
イズのマトリクス３７０として示され、Ｎ×Ｎのマトリ
クスは、図５において、（ｉ，ｊ）を中心とする７×７
のマトリクス３３０として示されている。比較を目的と
して、図６には、Ｎ×Ｎのマトリクスの外周がウィンド
ウ３５０として示されている。図示を容易とするため
に、図２において、逐次的に示されているが、破線２４
４で示されるように、工程２４５は、通常、工程２０３
および工程２０６と実質的に同時に実行される。工程２
４５では、画素（ｉ，ｊ）を中心とするＮ×Ｎのマトリ
クス内において、画素強度値の最小値Ｌ_min および最大
値Ｌ_max がそれぞれ決定される。

【００２７】画素位置（ｉ，ｊ）に対するエリア強度勾
配値が決定されると、方法２００の残りの工程におい
て、対象画素位置に関する３つの画像測定値ＧＳ（ｉ，
ｊ）、Ｌ_min、およびＬ_maxを用いて、対象画素（ｉ，
ｊ）の、対象画像すなわちブラック、あるいは背景画像
すなわちホワイトへの分類が実行される。

【００２８】特に、画素（ｉ，ｊ）に対するエリア強度
勾配値、すなわちＧＳ（ｉ，ｊ）が所定のしきい値ＧＴ
を越えるか否かを評価するために、判定工程２０８が実
行される。このテストにより、対象画素（ｉ，ｊ）が、
走査された画像のエッジの近傍に位置するか否かが判定
される。エリア強度勾配値が、しきい値ＧＴよりも小さ
な場合には、画素（ｉ，ｊ）は、エッジ近傍に存在しな
いこととなる。すなわち、画素（ｉ，ｊ）は、走査され
たグレイスケールの画像において、局所的に比較的一定
の調子の”平坦(flat)"領域に存在することとなる。こ
の場合、方法２００は、ＮＯパス２１１に沿って、判定
ブロック２０８から判定ブロック２１５へと進む。この
判定ブロック２１５では、対象画素（ｉ，ｊ）のグレイ
スケール強度値、すなわちＬ_c が、他の所定のしきい値
ＩＴを越えるか否かが判定される。このグレイスケール
値がしきい値より小さな場合には、対象画素は、対象画
像の画素すなわちブラックに分類され、そうでない場合
には、背景画像の画素すなわちホワイトに分類される。
特に、画素強度値Ｌ_c が、しきい値ＩＴより小さいか、
あるいはしきい値ＩＴに等しい際には、方法２００は、
ＮＯパス２１７に沿って、判定ブロック２１５から判定
ブロック２２２へと進む。この判定ブロック２２２で
は、画素データに対して、ユーザにより２値出力あるい
はグレイスケール出力のいずれが選択されたかに関して
判定がなされる。ここで、２値出力が選択されている場
合には、方法２００は、ＹＥＳパス２２５に沿って、判
定ブロック２２２からブロック２２８へ進む。このブロ
ック２２８では、対象画素（ｉ，ｊ）の出力強度値が、
ブラックすなわち０に設定される。また、グレイスケー
ル出力が選択された場合には、方法２００は、ＮＯパス
２２４に沿って、判定ブロック２２２からブロック２３
０へ進む。このブロック２３０では、なんら修正を加え
ることなく、画素（ｉ，ｊ）の出力強度値が、強度値Ｌ
_c に設定される。一方、画素強度値Ｌ_c が、しきい値Ｉ
Ｔを越える場合には、方法２００は、ＹＥＳパス２１８
に沿って、判定ブロック２１５から判定ブロック２３２
へ進む。この判定ブロック２３２では、画素データに対
して、ユーザにより２値出力あるいはグレイスケール出
力のいずれが選択されたかに関して判定がなされる。こ
こで、２値出力が選択されている場合には、方法２００
は、ＹＥＳパス２３５に沿って、判定ブロック２３２か
らブロック２３７へ進む。このブロック２３７では、対
象画素（ｉ，ｊ）の出力強度値が、ホワイトすなわち１
に設定される。また、グレイスケール出力が選択された
場合には、方法２００は、ＮＯパス２３４に沿って、判
定ブロック２３２からブロック２４１へ進む。このブロ
ック２４１では、なんら修正を加えることなく、画素
（ｉ，ｊ）の出力強度値が、強度値Ｌ_c に設定される。
工程２２８，２３７，あるいは２４１が実行されると、
画素（ｉ，ｊ）に対する方法２００は完了する。そし
て、方法２００は、連続的に、次の画素に対して繰り返
される。

【００２９】一方、エリア強度勾配値ＧＳ（ｉ，ｊ）
が、しきい値ＧＴを越える場合には、画素（ｉ，ｊ）
は、エッジ近傍に位置することとなる。この場合、最大
値Ｌ_maxおよび最小値Ｌ_min が決定されていないと、こ
れらの値を確認するために、上述したように、工程２４
５が実行される。その後、方法２００はブロック２４８
へ進み、このブロックでは、画素位置（ｉ，ｊ）を中心
とするＮ×Ｎ（画素）マトリクス内での平均画素強度値
Ｌ_avg が算出される。この平均強度値は、単に最大値Ｌ
_maxと最小値Ｌ_minとの平均をとることで導かれる。

【００３０】この平均値が算定されると、方法２００は
判定ブロック２５１へ進む。この判定ブロック２５１で
は、対象画素（ｉ，ｊ）の強度値、すなわちＬ_c が、関
連する平均強度値Ｌ_avg と比較される。対象画素がエッ
ジの暗い側、すなわち対象画像の画素である場合には、
関連する平均強度値は、対象画素の強度値Ｌ_c 以上とな
っているはずである。この場合、画素位置（ｉ，ｊ）に
対する２値出力は、ブラックに設定される。また、これ
と異なる場合には、画素（ｉ，ｊ）は、エッジ近傍に位
置することになるとともに、平均強度値Ｌ_avg が画素
（ｉ，ｊ）の強度値Ｌ_c よりも小さくなるので、対象画
素は、エッジの明るい側すなわち背景画像に位置するこ
とになり、対応する２値出力はホワイトに設定される。
また、２値出力に代えて、グレイスケールの出力が望ま
れる場合には、以下に記載されるように、エッジを鮮鋭
にするとともにしきい値処理の正確さを高めるために、
入力された画素値が修正されて、対応するグレイスケー
ル出力値が与えられる。

【００３１】特に、画素（ｉ，ｊ）に対するグレイスケ
ールの画素強度値Ｌ_c が、関連する平均強度値Ｌ_avg 以
下の場合には、方法２００は、ＮＯパス２５４に沿っ
て、判定ブロック２５１から判定ブロック２６０へ進
む。この判定ブロック２６０では、画素データに対し
て、ユーザにより２値出力あるいはグレイスケール出力
のいずれが選択されたかに関して判定がなされる。ここ
で、２値出力が選択されている場合には、方法２００
は、ＹＥＳパス２６５に沿って、判定ブロック２６０か
らブロック２６８へ進む。このブロック２６８では、対
象画素（ｉ，ｊ）の出力強度値が、ブラックすなわち０
に設定される。また、グレイスケール出力が選択された
場合には、方法２００は、ＮＯパス２６２に沿って、判
定ブロック２６０から判定ブロック２７０へ進む。この
判定ブロック２７０では、画素強度値Ｌ_cが、所定のし
きい値ＩＴを越えるか否かが判定される。画素（ｉ，
ｊ）の強度値が、しきい値ＩＴ以下の場合には、方法２
００は、ＮＯパス２７２に沿って、ブロック２７５へ進
む。このブロック２７５では、画素（ｉ，ｊ）のグレイ
スケール出力値として、画素強度値Ｌ_c が設定される。
そして、画素（ｉ，ｊ）の強度値が、しきい値ＩＴを越
える場合には、方法２００は、ＹＥＳパス２７４に沿っ
て、ブロック２７８へ進む。このブロック２７８では、
画素（ｉ，ｊ）のグレイスケール出力値として、しきい
値より少しだけ小さな値ＩＴ−が設定される。

【００３２】また、グレイスケールの画素強度値Ｌ
_cが、関連する平均強度値Ｌ_avgを越える場合には、方法
２００は、ＹＥＳパス２５３に沿って、判定ブロック２
５１から判定ブロック２８０へ進む。この判定ブロック
２８０では、画素データに対して、ユーザにより２値出
力あるいはグレイスケール出力のいずれが選択されたか
に関して判定がなされる。ここで、２値出力が選択され
ている場合には、方法２００は、ＹＥＳパス２８２に沿
って、判定ブロック２８０からブロック２８５へ進む。
このブロック２８５では、対象画素（ｉ，ｊ）の出力強
度値が、ホワイトすなわち１に設定される。一方、グレ
イスケール出力が選択される場合には、方法２００は、
ＮＯパス２８４に沿って、判定ブロック２８０から判定
ブロック２９０へ進む。このブロック２９０では、画素
強度値Ｌ_c が所定のしきい値ＩＴより小さいか否かが判
定される。画素（ｉ，ｊ）の強度値が、しきい値ＩＴ以
上の場合には、方法２００は、ＮＯパス２９２に沿っ
て、ブロック２９５へ進む。このブロック２９５では、
対象画素（ｉ，ｊ）のグレイスケール出力値として、画
素強度値Ｌ_c が設定される。そして、画素（ｉ，ｊ）の
強度値が、しきい値ＩＴより小さい場合には、方法２０
０は、ＹＥＳパス２９４に沿って、ブロック２９７へ進
む。このブロック２９７では、画素（ｉ，ｊ）のグレイ
スケール出力値として、しきい値より少しだけ大きな値
ＩＴ＋が設定される。ここで、しきい値ＩＴに対するＩ
Ｔ＋あるいはＩＴ−の差異量は、厳密に決定されるわけ
ではなく、経験的に決定される。工程２６８，２７５，
２８５，２９５，あるいは２９７が対象画素（ｉ，ｊ）
に対して実行されると、方法２００が、連続的に、次の
画素に対して繰り返し実行される。

【００３３】上記の考察をもとにして、図１に示された
文書１０におけるグレイスケールの原画像の走査ライン
の強度値履歴４００を示す図７に関して説明する。本発
明に基づいて履歴４００を処理することで、結果とし
て、図８に示される修正された強度値履歴５００が得ら
れる。履歴４００と履歴５００とを比較すれば分かるよ
うに、エッジ近傍に位置する画素のグレイスケール値の
みが修正されている。これに関して説明すると、エッジ
の暗い側に位置する画素が、しきい値ＩＴよりも大きな
強度値を有している場合には、この画素の強度値は、し
きい値ＩＴよりも少しだけ小さな値であるＩＴ−まで減
少される。逆に、エッジの明るい側に位置する画素が、
しきい値ＩＴよりも小さな強度値を有している場合に
は、この画素の強度値は、しきい値ＩＴよりも少しだけ
大きな値であるＩＴ＋まで増加される。この結果、修正
されたグレイスケール画像を、固定されたしきい値であ
るＩＴに対して、しきい値処理することにより、高画質
の画像を得ることができる。

【００３４】図９には、本発明におけるハードウエアの
好適な実施の形態、特に回路６００を示すブロック図が
描かれている。この実施の形態は、図１に示されるデジ
タル画像プロセッサ３０の一部を形成している。勿論、
画像プロセッサ３０には、クロック処理、制御、および
他の画像処理機能を実現する従来型の回路が含まれてい
るが、これらの回路は、本発明を理解するうえで無関係
であるので、すべて省略されている。

【００３５】図に示されるように、回路６００は、ライ
ン遅延素子(line delay element)６１０₁，６１０₂，６
１０₃ からなるライン遅延器(line delays )６１０と、
遅延器(delay )６３０と、勾配検出器６１５と、強度勾
配値総計回路６２０と、比較器６２５，６５０，６５５
と、７×７（画素の）最大値および最小値検出器６３５
と、平均回路６４０と、マルチプレクサ６８０，６９０
と、インバータ６６４およびゲート６６２，６７０，６
７５からなるゲート回路６６０とを有して構成されてい
る。回路６００は、図２および図３に示された方法２０
０を実現しており、以下に詳細に説明される。

【００３６】動作時においては、グレイスケールの画素
（ｉ，ｊ）に対する８ビットの入力値が、リード線６０
５，６０８を介して、遅延器６１０の入力部および７×
７の最大値および最小値検出器６３５の入力部へ並列的
に送られる。連続的に連結された単一のライン遅延素子
６１０₁，６１０₂，６１０₃ からなる遅延器６１０によ
り、画素（ｉ，ｊ）を中心とした画素データの３×３の
マトリクスが与えられる。それぞれの遅延素子は、マト
リクスにおける３画素のそれぞれのラインを与えるため
に、３箇所においてそれぞれ分岐されている。３つの遅
延素子の出力は、すべて勾配検出回路６１５の対応する
入力部にそれぞれ送られる。この回路６１５では、上述
したように、ソベルオペレータの算出を通して、画素
（ｉ，ｊ）に対する強度勾配値Ｇ（ｉ，ｊ）が導かれ、
これがリード線６１７へ出力される。この強度勾配値
は、強度勾配値総計回路６２０の入力部へ送られる。そ
して、回路６２０では、画素位置（ｉ，ｊ）を中心とす
る５×５（画素）のマトリクス内のすべての強度勾配値
が合計され、この合計値が、エリア強度勾配値ＧＳ
（ｉ，ｊ）として、リード線６２２に１２ビットで出力
される。強度勾配値総計回路６２０は、図７に示され、
後に詳細に説明される。このエリア強度勾配値は、比較
器６２５の入力部Ａへ送られる。比較器６２５では、こ
のエリア強度勾配値が、他の入力部Ｂへ入力される所定
のしきい値ＧＴと比較される。この結果として、リード
線６２８へ出力される値は、画素（ｉ，ｊ）がエッジ近
傍に存在するか否かを示す。この比較出力は、ゲート６
６２およびゲート６７０への入力として与えられ、後に
詳細に述べられるように、これにより、マルチプレクサ
６９０において、適切なグレイスケール出力値、すなわ
ちＬ_c あるいは所定の値ＩＴ＋あるいはＩＴ−のいずれ
かが選択される。

【００３７】図１１に示され、以下に詳細に説明される
最大値および最小値検出器６３５においては、画素
（ｉ，ｊ）を中心とする７×７のマトリクス内の画素の
画素強度値の最大値および最小値、すなわちＬ_maxおよ
びＬ_minが導かれる。そして、結果として、リード線６
３７およびリード線６３９に出力されたＬ_maxおよびＬ
_minは、平均回路６４０において平均化される。この回
路６４０は、これら２つの値を単純に加えて、その和を
導く加算器６４２と、和を１ビット右へシフトして、２
で割る処理を実行する、すなわち最も重要なビットを落
とす処理を行なう、２分割および遅延回路６４６とを有
して構成されている。そして、結果的に得られた平均強
度値に対しては、回路６００内での適切な同期を得るた
めに、回路６４６において適切な遅延の処理が実行され
る。

【００３８】エリア強度勾配値ＧＳ（ｉ，ｊ）が、所定
のしきい値ＧＴを越えている場合には、中心画素（ｉ，
ｊ）の出力値を決定するために、平均強度値Ｌ_avg が、
しきい値として用いられる。逆に、エリア強度勾配値Ｇ
Ｓ（ｉ，ｊ）が、しきい値ＧＴ以下である場合には、中
心画素（ｉ，ｊ）の出力値を決定するために、数値ＩＴ
が、しきい値として用いられる。これに関しては、平均
強度値Ｌ_avg が、比較器６５０の１つの入力部へ与えら
れる。そして、対象となる中心画素の強度値Ｌ_c が、遅
延器６３０を介して、比較器６５０のもう一方の入力部
へ与えられるとともに、比較器６５５の一方の入力部へ
も与えられる。この際、Ｌ_c およびＬ_avg に対応する適
切な値が、比較器６５０，６５５、マルチプレクサ６８
０，６９０、およびゲート回路６６０へ、同期して送ら
れるように、遅延器６３０における遅延時間が設定され
る。また、固定されたしきい値ＩＴが、比較器６５５の
もう一方の入力部へ与えられる。比較器６５０では、画
素強度値Ｌ_c が関連する平均強度値Ｌ_avgより小さい場
合、あるいは画素強度値Ｌ_cが関連する平均強度値Ｌ_avg
以上の値を有する場合に応じて、それぞれＬＯＷレベ
ルあるいはＨＩＧＨレベルの出力が、リード線６５３へ
送られる。すなわち、この出力レベルは、マルチプレク
サ６８０の１つの入力部（”１”）およびＡＮＤゲート
６６２の１つの入力部へ与えられる。マルチプレクサ６
８０では、２つの異なるしきい値、すなわちＩＴあるい
はＬ_avg を用いて生成された２つのビットのなかで、い
ずれのビットを２値出力とするかについての選択が実行
される。これに関しては、比較器６５５において、所定
のしきい値ＩＴが、対象画素の強度値Ｌ_c より小さい場
合には、Ａ＞Ｂ出力部からＨＩＧＨレベルの出力がなさ
れる。Ａ＞Ｂ出力部からの出力は、リード線６５７を介
して、マルチプレクサ６８０の他方の入力部（”０”）
およびＡＮＤゲート６７０の１つの入力部へ送られる。
マルチプレクサ６８０では、画素（ｉ，ｊ）に対する２
値出力値が生成される。この２値出力値の生成のため
に、エリア強度勾配値ＧＳ（ｉ，ｊ）がしきい値ＧＴを
越えるか否かを示す比較器６２５で生成された比較出力
が、リード線６２８を介して、選択信号としてマルチプ
レクサ６８０の選択入力部（”Ｓ”）へ送られる。この
選択信号がＨＩＧＨレベルの場合には、エリア強度勾配
値がしきい値を越えることを意味し、マルチプレクサ６
８０により、入力部”１”に入力された信号、すなわち
比較器６５０により生成された信号が、２値出力用リー
ド線３３へ出力される。また、選択信号がＬＯＷレベル
の場合には、マルチプレクサ６８０により、入力部”
０”に入力された信号が、リード線３３へ出力される。

【００３９】マルチプレクサ６９０では、中心画素の強
度値Ｌ_c 、あるいは所定の数値であるＩＴ＋、あるいは
ＩＴ−が、グレイスケールの出力値として、８ビットの
出力リード線３７へ出力される。所定の数値ＩＴ＋およ
びＩＴ−は、中心画素の強度値Ｌ_c とともに、マルチプ
レクサ６９０のそれぞれ対応する８ビットの入力部へ送
られる。このマルチプレクサ６９０の出力は、２つの選
択信号Ｓ０およびＳ１の状態に基づいて決定される。こ
れらの信号により表される２値の数値が、それぞれ０，
１，３の場合には、これに応じて、それぞれ中心画素の
強度値Ｌ_c 、数値ＩＴ＋、数値ＩＴ−が、出力リード線
３７へ送られる。ゲート回路６６０では、比較器６２
５、６５０、６５５により生成された比較出力信号に基
づいて、単純な組合せ論理により、マルチプレクサ６９
０へ出力される２つの選択信号Ｓ０，Ｓ１が生成され
る。特に、エリア強度勾配値がしきい値より大きくない
場合には、上述したように、グレイスケールの画素強度
値Ｌ_c が、修正されることなく、マルチプレクサ６９０
を介して、出力リード線３７へ出力される。また、エリ
ア強度勾配値が、しきい値を越える場合には、マルチプ
レクサ６９０により、中心画素の強度値Ｌ_cが平均画素
強度値Ｌ_avgより小さいか否かに基づいて、修正された
グレイスケール出力値であるＩＴ＋あるいはＩＴ−が、
リード線３７へ出力される。ゲート回路６６０の動作
は、上記の記載により当業者に自明なものであるので、
ここではこれ以上説明しない。数値ＩＴ−および数値Ｉ
Ｔ＋は、単に（図示されない）レジスタに保持され、こ
のレジスタから対応するマルチプレクサ６９０の入力部
へ送られる。

【００４０】図１０には、図９に示された回路６００の
一部を構成する強度勾配値総計回路６２０のブロック図
が示されている。図１０に示される回路６２０は、加算
器７１０とライン遅延器７２０とを有して構成されてい
る。ライン遅延器７２０は、連続して連結された４つの
シングルラインの遅延素子７２０₀，７２０₁，７２
０₂，７２０₃から構成されている。（図９に示される）
勾配検出回路６１５からリード線６１７を介して送られ
る強度勾配値は、図１０に示される加算器７１０の１つ
の入力部へ入力される。さらに、ライン遅延器７２０の
４つのライン遅延素子のそれぞれの出力は、フィードバ
ックリード線７１５の４つのリード線のそれぞれを介し
て、加算器７１０のそれぞれ対応する異なる入力部へ入
力される。結果的に、加算器７１０により、入力として
与えられた１×５の強度勾配値の部分和が遅延素子７２
０₀ に出力される。そして、エリア強度勾配値を導くよ
うに、５×５の強度勾配値総計を算出するために、既に
算出された１×５の合計値が、加算器７１０内におい
て、現在の１×５の合計値に加算され、その結果５×５
の合計値が出力用リード線６２２へ送られる。このよう
に連結されたこれらの遅延素子を用いることで、２５の
中間和が生成される必要がある演算において、かなりの
量の論理演算が削減される。

【００４１】図１１には、図９に示される回路６００の
一部を構成する７×７の最大値および最小値検出器６３
５のブロック図が示されている。上述のように、検出器
６３５により、画素位置（ｉ，ｊ）を中心とする７×７
のマトリクス内における画素強度値の最大値Ｌ_maxおよ
び最小値Ｌ_minが決定される。この検出器６３５は、２
つの個別の回路、すなわち最大値検出回路８０５および
最小値検出回路８４０から構成されている。これらの回
路では、それぞれ、画素（ｉ，ｊ）を中心とする７×７
のマトリクス内に含まれるすべての画素のなかから、最
大値および最小値が抽出され、これらの値が、それぞれ
リード線６３７およびリード線６３９へ出力される。回
路８０５は、最大値検出器８１０とライン遅延器８２０
とを有して構成されており、ライン遅延器８２０は、連
続して連結された６つのシングルラインの遅延素子８２
０₀，８２０₁，８２０₂，８２０₃，８２０₄，８２０₅か
ら構成されている。同様に、回路８４０は、最小値検出
器８５０とライン遅延器８６０とを有して構成されてお
り、ライン遅延器８６０は、連続して連結された６つの
シングルラインの遅延素子８６０₀，８６０₁，８６
０₂，８６０₃，８６０₄，８６０₅ から構成されてい
る。回路８０５および回路８４０は、検出器８１０が最
大値を導き、検出器８５０が最小値を導くことを除いて
は、リード線６０８を介して得られる同じ列の画素強度
値に対して同じ機能を有しているので、以下では、回路
８０５に対してのみ詳細に説明する。この説明により、
当業者であれば、回路８４０の動作を確実に理解するで
あろう。

【００４２】リード線６０８を介して送られる画素強度
値は、最大値検出器８１０の１つの入力部へ入力され
る。さらに、ライン遅延器８２０の６つのライン遅延素
子からの出力は、それぞれ６つの異なるフィードバック
リード線を介して、検出器８１０のそれぞれ対応する入
力部へ入力される。結果的に、最大値検出器８１０にお
いて、１×７の画素強度値列から最大強度値が抽出さ
れ、この最大値がライン遅延素子８２０₅ への入力値と
して出力される。ライン遅延器８２０に記憶された対応
する６つの既に抽出された最大値を用いて、最大値検出
器８１０により、画素（ｉ，ｊ）を中心とする７×７の
マトリクスに対する最大強度値が検出され、この強度値
が、リード線６３７へ出力される。この際、連続して連
結された遅延素子８２０，８６０を用いることで、画素
強度値の中間的な最大値および最小値が抽出される必要
がある演算において、かなりの量の論理演算が削減され
る。

【００４３】以上の説明から理解されるように、本発明
により生成されるしきい値処理画像の画質は、しきい値
ＧＴおよびしきい値ＩＴとして設定される数値により制
御される。しきい値ＧＴは、画像のエッジ近傍に位置す
る画素を適切に分類するために設定される。しきい値Ｇ
Ｔが比較的低い場合には、明るい対象画像のエッジの画
素が抽出される傾向がある。しきい値ＩＴは、一様な調
子の画像領域、すなわち”平坦な”画像領域内に位置す
る画素を適切に分類するために設定される。これに関し
て、しきい値ＩＴが低い場合には、一様なグレイ領域が
ホワイトの背景として分類される傾向がある。また、比
較的高いしきい値ＧＴが用いられる場合には、本発明に
よるしきい値処理は、固定されたしきい値ＩＴを用い
た”単純な”しきい値処理と同様の実行結果を得るにす
ぎない。この場合、しきい値ＧＴは、エリア強度勾配値
より常に大きくなり、その結果、本発明によるしきい値
処理では、それぞれの対象画素が、単に固定されたしき
い値ＩＴに対して比較されるのみとなる。また、本発明
によれば、しきい値ＩＴを０に設定することで、画像の
アウトライン（外形）を生成することができる。この場
合、関連するエリア強度勾配値がしきい値ＧＴよりも大
きくなるエッジ上の画素を除いて、すべての画素がホワ
イトに分類される。

【００４４】以上、本発明の１つの好適な実施の形態に
関して詳細に説明がなされたが、当業者であれば、本発
明を導入した他の変形例を容易に構成するであろう。

【００４５】本発明は、画像走査システム、特に、走査
されたグレイスケールの線画を含んだ画像のしきい値処
理を行なうシステムにおいて利用可能である。本発明に
よれば、走査された画像内における背景のノイズに対す
る耐性を高めるとともに、しきい値処理された画像内か
ら境界部分の疑似輪郭を大幅に削減することで、従来の
方法よりも、より正確なしきい値処理を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化する文書画像システムを示すブ
ロック図である。

【図２】本発明のマルチマトリクスを用いたしきい値処
理方法を集約的に示すフローチャートである。

【図３】図２のフローチャートに続くフローチャートで
ある。

【図４】ソベルの勾配オペレータにより、対象画素
（ｉ，ｊ）の強度勾配値を決定する際に用いられる、画
素位置を定義するための３×３のマトリクスを示す図で
ある。

【図５】画像の強度値を記録するために用いられる、対
象画素（ｉ，ｊ）を中心とした近傍のＮ×Ｎ画素を示す
図である。

【図６】画像の強度勾配値を記録するために用いられ
る、対象画素（ｉ，ｊ）を中心とした近傍の（Ｎ−２）
×（Ｎ−２）画素を示す図である。

【図７】図１に示される文書のようなグレイスケールの
原画像の走査ラインにおける強度値履歴を示す図であ
る。

【図８】本発明の方法により、図７に示される強度値履
歴をしきい値処理した後の結果として得られる修正され
た強度値履歴を示す図である。

【図９】本発明の好適な実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図１０】図９に示された回路６００の一部を構成する
強度勾配値総計回路６２０を示すブロック図である。

【図１１】図９に示された回路６００の一部を構成する
７×７の最大値および最小値検出器６３５を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

３３０第２のマトリクス３７０第１のマトリクス６１０ライン遅延器６１５勾配検出器（強度勾配値決定手段）６１７リード線６２０強度勾配値総計回路（エリア強度勾配値決定手
段）６２５，６５０，６５５比較器（比較手段）６３５最大値および最小値検出器（最大値および最小
値決定手段）６４０平均回路６６０ゲート回路６８０，６９０マルチプレクサ７１０加算器（加算手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 1/403 Ｈ０４Ｎ 1/40 １０３Ａ (72)発明者ピーター・ルダクアメリカ合衆国・ニューヨーク・14468・ヒルトン・クエイル・ラン・ドライヴ・３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数ビットのグレイスケール画素強度値
を有する複数の入力画素から形成されるグレイスケール
の入力画像を、対応する出力画素強度値を有する複数の
画素から形成される第１の出力画像へとしきい値処理す
る装置において、画像内の対象画素位置（ｉ，ｊ）（ここで、ｉ，ｊは、
それぞれ画素座標値を示す）を中心とした複数の画素強
度値に対応する複数の強度勾配値に対する所定の大きさ
の第１のマトリクス（３７０）を用いて、エリア強度勾
配値を決定するための手段（６１０，６１５，６１７，
６２０）と、入力画像内の対象画素位置（ｉ，ｊ）を中心とした複数
の画素に対する所定の大きさの第２のマトリクス（３３
０）に対応して、該第２のマトリクス内に含まれる画素
強度値のなかから最大値および最小値を決定するための
手段（６３５）と、エリア強度勾配値、および画素強度値の最大値および最
小値に基づいて、画像内の対象画素位置（ｉ，ｊ）に対
する画素強度値を、前記第１の出力画像内の対応する位
置に対する出力画素強度値へとしきい値処理するための
手段（６２５，６４０，６５０，６５５，６６０，６８
０，６９０）とを有して構成されていることを特徴とす
るグレイスケールの入力画像をしきい値処理する装置。
【請求項２】請求項１記載のグレイスケールの入力画
像をしきい値処理する装置において、前記エリア強度勾配値を決定する手段が、入力画像内の
対象画素位置（ｉ，ｊ）を中心とした複数の画素強度値
に対する所定の大きさの第３のマトリクスに対応して、
対象画素位置に対する強度勾配値Ｇ（ｉ，ｊ）を算出す
るとともに、画像内の入力画素列に対して複数の強度勾
配値を設定する手段（６１５）と、複数の強度勾配値から強度勾配値に対する前記第１のマ
トリクスを形成するとともに、該第１のマトリクスに応
じて、前記エリア強度勾配値を決定する手段（６２０）
とを有して構成されていることを特徴とするグレイスケ
ールの入力画像をしきい値処理する装置。
【請求項３】請求項２記載のグレイスケールの入力画
像をしきい値処理する装置において、前記第１のマトリクスを形成するとともにエリア強度勾
配値を決定する手段が、エリア強度勾配値を算出するた
めに、前記第１のマトリクス内のそれぞれの強度勾配値
を加算する手段（７１０）を有して構成されていること
を特徴とするグレイスケールの入力画像をしきい値処理
する装置。
【請求項４】請求項３記載のグレイスケールの入力画
像をしきい値処理する装置において、前記しきい値処理を行なう手段が、入力画像内の対象画
素位置（ｉ，ｊ）に位置する対象画素が入力画像内のエ
ッジの近傍に存在しているか否かを示す比較信号を生成
するために、エリア強度勾配値ＧＳ（ｉ，ｊ）を、所定
のしきい値ＧＴと比較する手段（６２５）と、前記比較信号に対応するとともに、比較信号により、入
力された前記対象画素がエッジ近傍に位置しないことが
示された場合に動作して、前記第１の出力画像内の画素
位置（ｉ，ｊ）へ対応する２値出力値を設定するため
に、入力画像内の位置（ｉ，ｊ）での前記入力画素強度
値を、所定の固定されたグレイスケールのしきい値ＩＴ
に対してしきい値処理する手段（６５５，６８０）と、前記比較信号に対応するとともに、比較信号により、入
力された前記対象画素がエッジ近傍に位置することが示
された場合に動作して、前記対象画素の画素強度値が、
画素強度値の最大値と最小値との平均値より大きいかあ
るいは小さいかに応じて、対応する前記２値出力値を、
それぞれ第１の状態あるいは第２の状態に設定する手段
（６５０，６８０）とを有して構成されていることを特
徴とするグレイスケールの入力画像をしきい値処理する
装置。