JPS60214089A - 画像２値化回路 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、画像２値化回路に関し、例えば０ＣＲ（光学
文字読取装置）、ファクシミリ装置、画像入力装置にお
ける文字および画像情報の光電変換時の２値化回路、特
に高精細画像の分解能を向上させる２値化回路に関する
ものである。

〔発明の背景〕

従来、中間調の画像を現わす場合、中間調の濃さの変化
をそのまま振幅変化でアナログ的に表示していたが、最
近は白、黒２値のレベルを用いて見掛上の中間調を表わ
すディジタル的表示方法が用いられている。

画像の中間調は、通常、ミクロホトメータで測定され、
完全反射率Ｐ、に対する測定された反射率Ｐの比の対数
で、濃度りを表わす。すなわち、濃度りは次式で表わさ
れる。

このような中間調の画像情報を濃い（黒）、淡い（白）
の２値の信号に変換する場合、第１図（、）のように、
光学系を通して光電変換器に入力し、電気信号に変換し
た後、ビデオ・アンプ等のアナログ増幅器を通して得た
画像信号波形２０をあらかじめ設定された閾値レベル２
２でスライスし９画像信号２０が閾値レベル２２より大
きいときは黒、小さく１ときは白と判定している。

しかし、光学系あるいはビデオ・アンプ等アナログ回路
の周波数特性によるボケが存在するため、ある場合には
信号波形２０となり、黒と判定される部分が第１図（ｂ
）に示すように広くなるのに対し、他の場合には信号波
形２１となって黒と判定される部分が第１図（ｃ）に示
すように狭くなってしまう。

また、第２図（ａ）に示すように、２つの信号が接近し
て入力された場合、固定スライス・レベル２８を２値化
の閾値にすると、第２図（ｃ）に示すように１幅の広い
１つの信号（黒）と判定されてしまう。そこで、従来よ
り、光学系やアナログ回路によるボケに対して分解能を
向上させ、濃淡領域の境界を濃淡信号の大きさに関係な
く一定に保つために、浮動閾値（フローティング・スラ
イス）を採用している。これは、第２図（ａ）の点線２
６で示すように、入力された信号波形２５を積分してい
き、積分値の例えば７０％の値を連続した線（点線２７
）をフローティング・スライス・レベルと定めるのであ
る。フローティング・スライス・レベル２７で入力信号
波形２５をスライスすると、第２図（ｂ）に示すように
、２つの信号であることが忠実に判別できる。。

しかし、上記方式では、主走査方向に対しては、上述の
ように信号波形を積分してフローティング・スライス・
レベルを定めることにより、ボケを解消して分解能を向
上させる効果があるが、主走査方向に垂直な方向（副走
査方向）に対しては、前のラインに複数ピッ１−の信号
が存在するが、対応する前のビットとは時系列関係にな
く、比較ができないため同じ処理はできない。

そこで、上記問題を解決するため、本発明者等は、３Ｘ
３，５Ｘ５等の空間の中心画素と周囲画素の値を比較す
ることにより、中心画素の値を２値化する方法を先に提
案した（特願昭５４−２３４５６号明細書参照）。すな
わち、上記方法では、先ず、センサから得られたＯ〜４
ＫＨｚの画像信号を第３図（ａ）に示すような多値量子
化信号に変換した後、両端部分２３．２４の低レベル分
を補償する、いわゆるシェーディング補正を行って、第
３図（ｂ）に示すような正規化出力を得た後、第４図に
示すような３×３のマスクについて処理を行う。第４図
に示すように、３Ｘ３の空間的に量子化された画像情報
の場合、ｆ　Ｃｘｔ　ｊ）を中心としてその周囲８画素
の最大値をとり、閾値を決定する。この場合、α（例え
ば、画像信号レベルの７０％を２値化の閾値とするとき
には、α＝０．７である）を１より小さい定数とすると
、第４図の中心画素ｆ　（１１Ｊ）を２値化するための
不等式は、次のようになる。

ｆ　（ｉ、ｊ）≦ｎ＋ａｘ　（ａ　Ｘｍａｘｆ（ｉ＋Δ
ｌ＋ｊ＋Δｊ）　、ＶＴ　）→「淡いｊ（白）　・・・
・・（２） ｆ　（ｉ、ｊ）＞ｍａｘ　（αＸｍａｘｆ（ｉ＋Δｌ＋
Ｊ＋Δ〕）、■１．）→「濃いＪ（黒）　・・・・・（
３） なお、Δ１＝−１．０．＋１．Δｊ＝−１．０．＋１で
ある。

上式（２）は、周囲８画素のうちの最大値にαを乗算−
した値と、Ｖ、　（あらかじめ定められた最低基準値）
のうちの大きい方の値を、中心画素と比べて、中心画素
が小さいか等しい場合には白と判定することを意味する
。また、上式（３）は、同じく中心画素が大きい場合に
は黒と判定することを意味する。

なお、マスクが５×５の場合、つまりΔｉ、Δｊが−２
，−１，０，１，２の場合でも、全く同じようにして中
心画素を２値化することができる。

ところで、従来のセンサの分解能は、コンピュータ関係
で、９．４本／ｍｍ、ファクシミリ関係で８本／ｍｍで
あるのに対し、高精細画像センサの分解能は１６本／ｍ
ｍであることが要求される。したがって２高精細画像で
は、第５図（ａ）に示すように、３×３の空間の中央部
に黒の細線１６が存在する場合にも判別する必要がある
。

しかし、上記の方式では、第５図（ａ）のように、光電
変換時に、黒と白の境界部分が中心画素ｆ（１゜ｊ）の
中央附近に存在した場合を考えると、第５図（ｂ）に示
すように、周囲に濃い情報３２があり、閾値３１が高く
設定されて、中心画素のやや濃い情報３３が閾値３１よ
り低いため「白」と判定されてしまう。

この結果、第５図（ａ）に示す黒の細線１６は中心画素
で「白」となるため、線の画像が切れ易くなる欠点があ
る。

この場合、３Ｘ３の空間の１画素の寸法は１Ｘ１６ｍｍ
であり、幅が２Ｘ１６ｍｍ以上の黒線に対しては縁部が
「白」になっても、黒線が僅かに細くなる程度ですむが
、幅が１Ｘ１６ｍｍ以下の黒線に刺しては、「白」と判
定されると、黒線が途中で切れてしまう。すなわち画像
が高精細になるほど、線が切れ易くなる。なお、第５図
（ｂ）において、ｆ（ｉ、　ｊ）を中心画素とする３Ｘ
３空間の周囲画素の最大＃ｒｉ　３２と中心画素の値３
３は、実線１８で示されている。また１つ前のｆ（ｉ−
１，ｊ）を中心画素とする３Ｘ３空間の値は、その左側
に１点鎖線１７で示されており、１つ後のｆ（ｉ＋１．
ｊ）を中心画素とする３Ｘ３空間の値が、その右側にＸ
印の線１９で示されている。いずれの場合も、周囲のｆ
（ｉ、ｊ＋１）の画素に濃い情報３２があり、その値に
αを乗算した値３１と最低スライス基準値■工のうちの
高い方の値３１にスライス・レベルが決定される。した
がって、第５図（ｃ）に示すように、ｆ（ｉ、ｊ＋１）
の画素が１黒」と判定され、ｒ（ｉ、Ｊ）の中心画素は
矢印で示す位置で「白」と判定されてしまう。

そこで、上記方式と従来知られている信号強調手法とを
組み合わせることにより、細線の切れ易い欠点を解消す
る方法が考えられる。信号の強調手法は、閾値レベルは
変更せずに、すべての画素濃度レベルを一様に増幅、強
調するものであるため、第６図（、）に示すように、一
般にはノイズといわれる離散的な擬似的黒情報３４も強
調される結果、第６図（ｂ）に示すように閾値より大と
なって忠実性がなくなるという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の欠点を改善し、主走
査方向のみならず他のいずれの方向にも分解能を向上さ
せ、かつ必要な画像信号のみを強調して、高精細画像を
安定に２値化することができる画像２値化回路を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明の画像２値化回路は、
イメージ・センサ等の出力を量子化して対数変換を行い
、シェーディング補正を行って正規化された多値の量子
化情報を得た後、該情報を黒と白の２値の情報に変換す
る画像２値化回路において、対象画素と周囲画素の濃さ
の差により、該対象画素のレベルを非線形に強調する手
段と、該対象画素の周囲の最も濃い画素の値に対応して
閾値を決定する手段とを有し、上記強調さ九た対象画素
のレベルと上記閾値レベルとを比較して、前者が大きい
とき該対象画素を黒と判定し、前者が小さいとき白と判
定することに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面により説明する。

第７図は、本発明の一実施例を示す２値化回路の論理ブ
ロック図であり、第８図は第７図の５×５の空間の説明
図、第９図は第７図の各ＲＯＭの説明図、第１０図は第
７図の非線形強調論理回路の信号の差をとる方向を示す
図である。

第７図（ａ）において、１はマスクとなる空間であり、
５Ｘ５のシフト・レジスタからなる。５×５の空間の各
画素を便宜上１，１〜１．５．２．１〜２６５゜３．１
〜３．５．４．１〜４．５．５．１〜５，５で表わして
いる。

各画素の濃さは、１６レベル（４ビツト）で量子化され
ているものとする。したがって、実際の空間１１Ｌ５Ｘ
５Ｘ４の３次元空間を形成している。

空間１に入力されるビデオ信号は、第８図に示すように
、例えばセンサで受光した０〜４０９６　Ｈｚの信号を
第１行に入力するとともにレジスタ３６を介して一定時
間後に第２行目に入力し、さらにレジスタ３７を介して
一定時間後に第３行目に入力している。したがって、各
ライン内の画素は連続した時系列を形成するとともに、
縦方向（各列）の画素は１ライン分の時間差をもつ時系
列を形成している。シフト・レジスタの空間１には、５
個のクロック（図示省略）が入力しており、これらのク
ロックに同期して画素信号がシフト動作する。なお、空
間１の中心画素３．３の信号を現在の値として２値化す
るため、３Ｘ３空間の場合には、周囲８画素すべての値
を比較して閾値を決定したが、５Ｘ５空間の場合には、
外郭４辺の全画素を調べることなく１つ置きに値５例え
ば、１．２．１．４．２．５゜４．５．５．４．５．２
．４．１．２．１の８画素の値のみを調べ、それらのう
ちの最大値にαを乗算して閾値を決定する。

第７図（ｂ）において、１０は周囲の濃さの最大値を検
出する部分であって、ＲＯＭ２〜８で構成される。ＲＯ
Ｍ２〜８は、入力された各４ビツトのうちの大きい方の
値を出力するようにプログラムされている。すなわち、
第９図に示すように、例えばアドレス８ビツトとして、
Ｂ（ヘキサ・デシマル）と９（ヘキサ・デシマル）の４
ピッ１−ずつを入力すると、そのアドレスで指定された
ＲＯＭのエリアには両者のうちの大きい方の値、ここで
はＢが格納されているため、この値Ｂの４ビツトを出力
する。このようにして、ＲＯＭ２には空間ｌの上辺の画
素１．２と１．４．ＲＯＭ３には右辺の画素２．５と４
．５．ＲＯＭ４には下辺の画素５．２と５．４．　ＲＯ
Ｍ５には左辺の画素２．１と４．１を、アドレスとして
それぞれ入力する。そしてＲＯＭ６，７．８は。

上記ＲＯＭ２〜５から出力された大きい方の値を。

さらに比較して最大値を出力するためのものである。

一方、１１は非線形強調論理回路であって、ＲＯＭによ
り構成される。

非線形強調論理回路１１は、空間的に量子化された３次
元マスク１上の中心画素レベルを単に強調するのではな
く、中心の信号と周囲との差をとり、かつ中心の信号レ
ベルを参照して、その結果により中心の信号の強調度を
決定する。これにより。

非線形な強調が実現でき、強調したい信号のみを閾値以
上のレベルに強調し、ノイズ等は強調しないようにでき
る。なお、扱っている多値量子化信号は、正規化されて
いるため、両式（１）で示すように対数値で表わされて
おり、したがって、差をとると云うことは信号の比をめ
ることを意味している。

第１θ図に示すように、中心画素３．３と周囲画素の信
号の差をとる場合、隣接画素あるいは隣接ラインの画素
信号の差をとってもよいが、これでは差が殆んど生じな
いことが多いため、ここでｉｆ＞２画素異なる信号ある
いは２ライン分異なる信号に対して差をとる。差をとる
方向は、第１０図の矢印のように、主走査方向Ａ、副走
査方向Ｉ３あるいは斜め方向Ｃのいずれでもよいが、こ
こでは副走査方向Ｂについて画素３．３と２ライン前の
画素５．３との差をとることにする。

第７図（ｂ）の非線形強調論理回路１１は、中心画素３
．３の濃さと２ライン前の画素５．３の濃さの名４ビッ
トからなる８ビツトをＲＯＭのアドレスとして入力し、
その差によって強調された中心画素のレベル１２を出力
する。

第１１＠は、第７図の非線形強調論理回路における非線
形関数を示す曲線図である。

第７図のＲＯＭＩＩの出力データ１２は、入力の差によ
って、第１１図の曲線１０３．１０２で示す非線形関数
となる。第１１図において、横軸には、中心画素（３，
３）のレベルまたは画素５．３と３．３の入力差をとり
、縦軸には出力のレベルをとる。いず九もヘキサ・デシ
マルで表わされている。１０１は中心画素３．３のレベ
ル、１０３は強調された出力レベル、１０２は減衰され
た出力レベルである。ノイズのような小さなレベル（こ
こでは０〜３のレベル）では、強調せずに、線形に出力
する。レベルが３を越えると、入力の差により強調して
曲線１０３のレベルにするか、または減衰して曲線１０
２のレベルにする。

例えば、いま中心画素レベルが６で、入力差が＋６であ
れば、出力は６±３＝＋９または＋３となって、強調（
９）または減衰（３）されることを意味する。すなわち
、２ライン前の方が６レベルも小さいことは、２ライン
後の減衰が６レベルもあることになるので、３レベルだ
け強調するが、２ライン前の方が６レベルだけ大きいと
きには、２ラマン経過中に増幅されているので、現在の
中心画素レベルを３レベルだけ減衰させる。なお２曲線
１０３の上方で水平になっているのは、最大レベル（ヘ
キサＦ）に制限されているためであり１曲線１０２の下
方で水平になっているのは、中心画素レベルの最低値を
３に設定しているためである。

第７図において、ＲＯＭＩＩで非線形に強調された中心
画素レベル１２と、周囲の濃さの最大値１５とがＲＯＭ
１３に入力さ九る。ここで、Ｒ’０Ｍｌ３は、周囲の濃
さの最大値１５の７０％程度（＝α）の閾値と中心画素
レベル１２とを比較した結果１４を出力するようにプロ
グラムされている。すなわち、比較結果として、中心画
素レベル１２の方が閾値より大きいときは「黒」、小さ
いときは「白」を出力する。

第１２図は、第７図における２値化の波形図である。

第１２図において、１０４は周囲画素の濃さの最大値、
１０５は中心画素のレベル、１０４′は周囲画素の最大
値を中心画素レベルの強調度で強調した値、１０５′は
強調された中心画素レベル、１０６は周囲画素の最大値
の７０％程度に設定された閾値レベル、１０７はノイズ
・レベル、１０８は最大値濃度画素と中心画素の２値化
レベルである。

第１２図（、）を、従来の第５図（ｂ）の波形図と比較
すれば明らかなように、中心画素のレベル１０５は非線
形強調論理回路で強調された結果、閾値１０６のレベル
より大きいレベル１０５′　になるため、黒の細線の境
界が中心画素附近に存在した場合にも、中心画素の情報
が「白」と判定されることなく。

第１２図（ｂ）に示すように、周囲の最大値をもつ画素
とともに、「黒」レベル１０８と判定される。また、第
１２図（ａ）のノイズ１０７は強調されず、線形表示さ
れるため、閾値レベル１０６より小さくなって「白」と
判定される。

このように、ディジタル処理によって、ＲＯＭのアドレ
スと出力の間に非線形の関係を実現したので、任意のレ
ベルのみを強調することができ、画質の向上を図ること
ができる。なお、第１１図に示す強調出力の曲線１０３
は、直線的に上昇するだけでなく、途中で変化を持たせ
、任意の関数として強調することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、主走査方向のみ
ならず、他のいずれの方向にも黒と判定したい情報のみ
を強調し、離散的なノイズに対しては強調を行わないの
で、いずれの方向にも黒の細線の分解能を向上させるこ
とができ、高精細画像を忠実に２値化できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は固定レベルと浮動レベルの閾値による
２値化動作の説明図、第３図は従来の多値量子化信号の
シェーディング補正の説明図、第４図は従来提案された
方式の３×３のマスクを示す図、第５図は従来提案され
た方式による２値化の問題点を示す図、第６図は従来の
強調手法の説明図、第７図は本発明の一実施例を示す２
値化回路の論理ブロック図、第８図は第７図の５×５空
間の説明図、第９図は第７図のＲＯＭの動作説明図、第
１０図は第７図の非線形強調論理回路の信号の差をとる
方向を示す図、第１１図は第７図の非線形強調論理回路
の非線形関数を示す曲線図、第１２図は第７図における
２値化の波形図である。 １：２次元空間マスク、２〜８　：　ＲＯＭ、　１１　
：非線形強調論理回路（ＲＯＭ）、１３：２値化ＲＯＭ
、ｌＯ二周辺の最大値レベル検出部、１４：２値化出力
。 ヵ　、　図　第　２　図 第４図 第　６　図 （ａ）　（ｂ） 黒 第５図 黒□− 白　−一一一 第７図 （ａ） 第８図 第９図 第　１０　図 Ｂ　（

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イメージ・センサ等の出力を量子化して対数変換
   を行い、シェーディング補正を行って正規化された多値
   の量子化情報を得た後、該情報を黒と白の２値の情報に
   変換する画像２値化回路において、対象画素と周囲画素
   の濃さの差により、該対象画素のレベルを非線形に強調
   する手段と、該対象画像の周囲の最も濃い画素の値に対
   応して閾値を決定する手段とを有し、上記強調された対
   象画素のレベルと上記閾値レベルとを比較して、前者が
   大きいとき該対象画素を黒と判定し、前者が小さいとき
   白と判定することを特徴とする画像２値化回路。