(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号処理装置であって、
入力画像のバックグラウンドを平坦化するために画素ごとの補正量を算出する補正量算出部を備え、前記補正量算出部は、いずれか第１の画素についての前記補正量を算出するときに、入力画像内の前記第１の画素を含む局所的な領域の画素値を平均することによって前記第１の画素についての前記補正量を算出し、
さらに、各画素について算出された前記補正量を用いて各画素の画素値を補正する補正演算部と、
前記補正量によって補正された各画素値を、予め定める閾値を超えるか否かによって２値化する画像２値化部とを備え、
前記画像信号処理装置は、点順次走査によって一次元化された画像信号を受け、
前記補正量算出部は、前記点順次走査の順番で入力画像信号の画素ごとの前記補正量を算出し、
前記補正量算出部は、いずれか第１の画素についての前記補正量を算出するとき、前記第１の画素を含んで主走査方向に並ぶ複数の画素の画素値の平均値を、第１のベースレベルとして算出し、前記第１の画素を含んで副走査方向に並ぶ複数の画素の画素値の平均値を、第２のベースレベルとして算出し、前記第１の画素を含んで前記主走査方向および前記副走査方向に行列状に並ぶ複数の画素の画素値の平均値を、第３のベースレベルとして算出し、
前記補正演算部は、前記第１のベースレベルと前記第２のベースレベルとを加えた値から前記第３のベースレベルを減じた値を、画素ごとの前記補正量として対応の画素値から減じる、画像信号処理装置。
【請求項２】
画像信号処理装置であって、
現フレームまでの複数フレームの入力画像信号を用いて、時間平均化された画像を生成する時間平均化部と、
前記時間平均化された画像のバックグラウンドを平坦化するために、現フレームの入力画像について画素ごとの補正量を算出する補正量算出部とを備え、前記補正量算出部は、いずれか第１の画素についての前記補正量を算出するときに、現フレームの入力画像内で前記第１の画素を含む局所的な領域の画素値を平均することによって前記第１の画素についての前記補正量を算出し、
さらに、各画素について算出された前記補正量を用いて、前記時間平均化された画像における対応の画素の画素値を補正する補正演算部と、
前記補正量によって補正された各画素値を、予め定める閾値を超えるか否かによって２値化する画像２値化部とを備え、
前記画像信号処理装置は、点順次走査によって一次元化された画像信号を受け、
前記補正量算出部は、前記点順次走査の順番で入力画像信号の画素ごとの前記補正量を算出し、
前記補正量算出部は、いずれか第１の画素についての前記補正量を算出するとき、前記第１の画素を含んで主走査方向に並ぶ複数の画素の画素値の平均値を、第１のベースレベルとして算出し、前記第１の画素を含んで副走査方向に並ぶ複数の画素の画素値の平均値を、第２のベースレベルとして算出し、前記第１の画素を含んで前記主走査方向および前記副走査方向に行列状に並ぶ複数の画素の画素値の平均値を、第３のベースレベルとして算出し、
前記補正演算部は、前記第１のベースレベルと前記第２のベースレベルとを加えた値から前記第３のベースレベルを減じた値を、画素ごとの前記補正量として対応の画素値から減じる、画像信号処理装置。
【請求項３】
各フレームの入力画像は、前記主走査方向にｎ個および前記副走査方向にｍ個並ぶｍ行ｎ列の画素アレイによって表され、
前記補正量算出部は、前記第１の画素である第ｉ行かつ第ｊ列目（２≦ｉ≦ｍ、２≦ｊ≦ｎ）の画素Ｍ（ｉ，ｊ）に対する前記第１のベースレベルとして、第ｉ行の第１番目から第ｊ番目までの画素Ｍ（ｉ，１）〜Ｍ（ｉ，ｊ）の画素値の加重平均を算出し、
前記補正量算出部は、前記第１の画素である第ｉ行かつ第ｊ列目（２≦ｉ≦ｍ、２≦ｊ≦ｎ）の画素Ｍ（ｉ，ｊ）に対する前記第２のベースレベルとして、第ｊ列の第１番目から第ｉ番目までの画素Ｍ（１，ｊ）〜Ｍ（ｉ，ｊ）の画素値の加重平均を算出し、
前記補正量算出部は、前記第１の画素である第ｉ行かつ第ｊ列目（２≦ｉ≦ｍ、２≦ｊ≦ｎ）の画素Ｍ（ｉ，ｊ）に対する前記第３のベースレベルとして、第ｉ行の第１番目から第ｊ番目までの画素Ｍ（ｉ，１）〜Ｍ（ｉ，ｊ）の各々について既に算出された前記第２のベースレベルの加重平均を算出し、
各画素に対する加重平均の重みは、前記第１〜第３のベースレベルの算出対象である前記第１の画素から離間するにつれて次第に小さくなる、請求項１または２に記載の画像信号処理装置。
【請求項４】
前記補正量算出部は、前記第１〜第３のベースレベルをそれぞれ算出する第１〜第３のベースレベル算出部を含み、
前記第１のベースレベル算出部は、
前記第１のベースレベルを算出する際に演算結果を一時的に記憶するための第１のレジスタと、
前記画像信号処理装置が前記点順次走査の順で新たな画素の画素値を受ける度に、予め定める第１の数と前記第１のレジスタに記憶されている値との積を、新たな画素の画素値に加算し、加算結果を前記第１のレジスタに出力して記憶させる第１の加算部とを有し、
前記第２のベースレベル算出部は、
前記入力画像の列にそれぞれ対応し、各々が、対応の列の画素値に対して前記第２のベースレベルを算出する際に演算結果を一時的に記憶するための複数の第２のレジスタと、
前記画像信号処理装置が前記点順次走査の順で新たな画素の画素値を受ける度に、予め定める第２の数と新たな画素の属する列に対応する第２のレジスタに記憶されている値との積を、新たな画素の画素値に加算し、加算結果を対応する第２のレジスタに出力して記憶させる第２の加算部とを有し、
前記第３のベースレベル算出部は、
前記第３のベースレベルを算出する際に演算結果を一時的に記憶するための第３のレジスタと、
前記画像信号処理装置が前記点順次走査の順で新たな画素の画素値を受ける度に、予め定める第３の数と前記第３のレジスタに記憶されている値との積に、前記第２の加算部の出力を加算し、加算結果を前記第３のレジスタに出力して記憶させる第３の加算部とを有し、
前記第１〜第３の数の各々は０より大きく１より小さい値に設定される、請求項３に記載の画像信号処理装置。
【請求項５】
前記第１のベースレベルは、前記第１の画素を含んで前記主走査方向に並ぶ予め定める数の画素についての画素値の加算平均であり、
前記第２のベースレベルは、前記第１の画素を含んで前記副走査方向に並ぶ予め定める数の画素についての画素値の加算平均であり、
前記第３のベースレベルは、前記第１の画素を含んで前記主走査方向および前記副走査方向に行列状に並ぶ予め定める数の画素についての画素値の加算平均である、請求項１または２に記載の画像信号処理装置。
【請求項６】
入力画像のバックグラウンドを平坦化するために画素ごとの補正量を算出する補正量算出部を備え、前記補正量算出部は、いずれか第１の画素についての前記補正量を算出するときに、入力画像内の前記第１の画素を含む局所的な領域の画素値を平均することによって前記第１の画素についての前記補正量を算出し、
さらに、各画素について算出された前記補正量を用いて各画素の画素値を補正する補正演算部と、
前記補正量によって補正された各画素値を、予め定める閾値を超えるか否かによって２値化する画像２値化部とを備え、
前記補正演算部は、
１フレーム前の各画素の画素値の補正に用いた前記補正量を画素ごとに記憶する補正量記憶部と、
前記補正量算出部によって算出された現フレームのいずれか第１の画素についての前記補正量と、前記補正量記憶部に記憶された１フレーム前の前記第１の画素についての前記補正量との差の絶対値が予め定める基準値を超えるか否かを判定し、前記基準値を超えた場合に前記補正量算出部によって算出された前記補正量に代えて前記補正量記憶部に記憶された前記第１の画素についての前記補正量を用いるように指令する判定部とを含む、画像信号処理装置。
【請求項７】
現フレームまでの複数フレームの入力画像信号を用いて、時間平均化された画像を生成する時間平均化部と、
前記時間平均化された画像のバックグラウンドを平坦化するために、現フレームの入力画像について画素ごとの補正量を算出する補正量算出部とを備え、前記補正量算出部は、いずれか第１の画素についての前記補正量を算出するときに、現フレームの入力画像内で前記第１の画素を含む局所的な領域の画素値を平均することによって前記第１の画素についての前記補正量を算出し、
さらに、各画素について算出された前記補正量を用いて、前記時間平均化された画像における対応の画素の画素値を補正する補正演算部と、
前記補正量によって補正された各画素値を、予め定める閾値を超えるか否かによって２値化する画像２値化部とを備え、
前記補正演算部は、
１フレーム前の各画素の画素値の補正に用いた前記補正量を画素ごとに記憶する補正量記憶部と、
前記補正量算出部によって算出された現フレームのいずれか第１の画素についての前記補正量と、前記補正量記憶部に記憶された１フレーム前の前記第１の画素についての前記補正量との差の絶対値が予め定める基準値を超えるか否かを判定し、前記基準値を超えた場合に前記補正量算出部によって算出された前記補正量に代えて前記補正量記憶部に記憶された前記第１の画素についての前記補正量を用いるように指令する判定部とを含む、画像信号処理装置。
【請求項８】
前記画像信号処理装置は、点順次走査によって一次元化された画像信号を受け、
前記補正量算出部は、前記点順次走査の順番で入力画像信号の画素ごとの前記補正量を算出する、請求項６または７に記載の画像信号処理装置。
【請求項９】
現フレームまでの複数フレームの入力画像信号を用いて、時間平均化された画像を生成する時間平均化部と、
前記時間平均化された画像のバックグラウンドを平坦化するために、現フレームの入力画像について画素ごとの補正量を算出する補正量算出部とを備え、前記補正量算出部は、いずれか第１の画素についての前記補正量を算出するときに、現フレームの入力画像内で前記第１の画素を含む局所的な領域の画素値を平均することによって前記第１の画素についての前記補正量を算出し、
さらに、各画素について算出された前記補正量を用いて、前記時間平均化された画像における対応の画素の画素値を補正する補正演算部と、
前記補正量によって補正された各画素値を、予め定める閾値を超えるか否かによって２値化する画像２値化部とを備え、
前記時間平均化部は、現フレームまでの複数フレームの入力画像を画素ごとに加重平均することによって前記時間平均化された画像を生成し、
各フレームに対する加重平均の重みは、現フレームよりも前のフレームほど小さくなり、
前記時間平均化部は、
前記時間平均化された画像を生成する際に演算結果を画素ごとに一時的に記憶する記憶部と、
点順次走査の順で新たな画素の画素値を受ける度に、新たな画素の画素値に、予め定める第４の数と前記記憶部に記憶された対応の画素の画素値との積を加算し、加算結果を前記記憶部の対応の画素値に出力して記憶させる第４の加算部とを含み、
前記第４の数は０より大きく１より小さい値に設定される、画像信号処理装置。
【請求項１０】
現フレームまでの複数フレームの入力画像信号を用いて、時間平均化された画像を生成する時間平均化部と、
前記時間平均化された画像のバックグラウンドを平坦化するために、現フレームの入力画像について画素ごとの補正量を算出する補正量算出部とを備え、前記補正量算出部は、いずれか第１の画素についての前記補正量を算出するときに、現フレームの入力画像内で前記第１の画素を含む局所的な領域の画素値を平均することによって前記第１の画素についての前記補正量を算出し、
さらに、各画素について算出された前記補正量を用いて、前記時間平均化された画像における対応の画素の画素値を補正する補正演算部と、
前記補正量によって補正された各画素値を、予め定める閾値を超えるか否かによって２値化する画像２値化部とを備え、
前記時間平均化部は、現フレームまでの予め定めるフレーム数の画像を画素ごとに加算平均することによって前記時間平均化された画像を生成する、画像信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バックグラウンドレベルを補正することによって画像信号を改善する画像信号処理装置および画像信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力画像信号を改善する手法として、たとえば、以下の文献に記載の技術が知られている。
【０００３】
特公平６−５０５２３号公報（特許文献１）は、工業用、医用Ｘ線テレビなどにおいて、放射線画像の量子雑音を低減させるための技術を開示する。この文献に記載された第１の画像処理装置は、画像信号を画素ごとに逐次積算する２次元積算器と、この２次元積算器の出力を指数変換する指数関数器と、この指数関数器の出力と入力画像信号との差を対応する画素ごとにとる減算器とを設け、上記減算器の出力を上記２次元積算器の対応する要素に入力するようにしたものである。この文献に記載された第２の画像処理装置は、ディジタル画像信号を逐次記憶する２次元記憶器と、この２次元記憶器の出力からその指数変換値を減算する関数変換器と、この関数変換器の出力と入力画像信号との和を対応する画素毎にとる加算器とを設け、上記加算器の出力を上記２次元記憶器の対応する要素に入力するようにしたものである。上記の第１および第２の画像処理装置によれば、画面のどの位置についても出力画像の量子雑音の相対的標準偏差を一定にすることができる。
【０００４】
特開平１０−５１６６１号公報（特許文献２）は、入力映像信号のコントラストを改善すると共にノイズを抑制し画質を改善するための方法を開示する。この文献に記載された画質改善方法は、入力映像信号を低域フィルタリングし、低域フィルタリングされた信号を出力するステップと、低域フィルタリングされた信号をヒストグラム等化してコントラストを改善し、改善された信号を出力するステップと、入力映像信号と低域フィルタリングされた信号との差を求めるステップと、求められた差値を上記のコントラストが改善された信号に加算して、加算結果を出力するステップとを含む。
【０００５】
ここで、ヒストグラム等化とは、画像の濃度値の出現頻度をできる限り均等にすることによって、コントラストを強調する手法をいう（たとえば、特開２００６−４１７４４号公報（特許文献４）の段落［０００３］、［０００４］参照）。具体的には、画像全体を対象にしてヒストグラムを作成し、そのグレイレベルの出現頻度が均等化されるように濃度値を変化させる。しかしながら、この手法では対象とする領域が画像全体となるので、コントラスト強調の度合いが低いという問題がある。そこで、コントラスト強調に局所性を与え、同時に、コントラスト強調が過度になることを抑制するため、ＣＬＡＨＥ（Contrast  Limited  Adaptive  Histogram  Equalization）法が提案されている。このＣＬＡＨＥ法は、濃度値をクリッピングして過度のコントラスト強調を抑制するものである。
【０００６】
特開２００４−１５３８２６号公報（特許文献３）は、ダイナミック濃度最適化もしくはダイナミックレンジコントロールと呼ばれる画像処理方法をさらに改善した技術を開示する。ダイナミック濃度最適化は、画像が全体として平坦になりコントラストが低減するという問題がある。この文献に記載の画像システムは、先に行なわれたダイナミック濃度最適化の後に、グレー値範囲の中心を規定するＣ値を維持しながら、グレー値信号およびそれに伴なうグレー値ダイナミックレンジを新たに補正することによってコントラスト強調を行なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平６−５０５２３号公報
【特許文献２】特開平１０−５１６６１号公報
【特許文献３】特開２００４−１５３８２６号公報
【特許文献４】特開２００６−４１７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、工業用、医療用のＸ線画像では、量子雑音が大きく信号の識別が困難な場合がある。このような例として、Ｘ線透視によって鋳造品の微小欠陥を検出する場合や、電子部品パッケージを３次元ＣＴ（Computed  Tomography）を用いて非破壊検査を行なう場合などが挙げられる。後者の３次元ＣＴ画像は、５００〜１０００枚の２次元画像を３次元合成したものであるが、視覚性に優れた３次元合成画像であっても構成する各２次元画像の画質は悪く、量子雑音を多く含む定量化の難しい画像となっている。医用診断の分野においても、たとえば、血管造影剤を用いた３次元ＣＴ画像では、目視診断では有用な画像でも、測長など自動定量化する場合には、量子雑音が多く血管の識別が困難な場合がある。さらに、可視光を用いた天体画像において星の位置を識別する場合にも量子雑音がしばしば問題となる。
【０００９】
ここで、量子雑音とは、光子（Ｘ線粒子）と物質との相互作用に基づく確率的な変動に基づくノイズをいう。光子（Ｘ線粒子）を平均Ｎ個検出する場合には、計数値の分布はポアソン分布になるので、量子雑音の標準偏差σｎはＮの平方根で与えられる。
【００１０】
画像信号の検出能力は、一般に空間分解能およびコントラスト分解能で表わされる。信号強度に比較して量子雑音が無視できない場合には、コントラスト分解能は量子雑音によって決定される。したがって、隣接した画素と見分けがつくためには、ぎりぎり上記のσｎのコントラスト差があればよいはずであるが、実際に識別するためにはσｎの何倍かが必要である。その倍率はＲｏｓｅの視認係数κと呼ばれる。目視検査の場合の視認係数κは２〜５であると言われ、機械による自動検査の場合の視認係数κは５〜１０が必要であると言われる。人間の場合には視覚系の明順応や暗順応で適応できるので、一般に機械による自動検査に比べて視認係数が小さい。
【００１１】
上記の視認係数の値は、バックグラウンド（背景画像）が平坦な場合であるが、背景部分の強度変化が大きいと、それに重畳した微弱強度の信号の識別はさらに困難になる。このため、画像の識別力を向上させるためにはバックグラウンドの平坦化が重要になる。
【００１２】
画像全体の強度分布が平坦でない例として、シェーディング（口径蝕）が挙げられる。シェーディングとは、撮像素子の特性やレンズ収差の影響などによって発生する入力画像の濃度レベルのむらのことを言う。たとえば、レンズの収差に起因したシェーディングでは周辺部のレベル低下が生じる。この場合は、パラボリック関数に従った補正量を用いて画像信号を補正することによって画面全体の強度を均一化することができる。
【００１３】
しかしながら、バックグランウンドの濃淡レベルの変化を単純な関数で表わせない場合も多い。このような場合のバックグランウンド補正の方法として、バックグラウンドの大まかな濃度変化を最小２乗法を使った２次元ｎ次多項式近似で与え、全体の濃度変換から得られた２次元近似関数を差し引く方法がある。ただし、このような背景画像の補正処理は計算時間を要するので、オフライン処理には好適であるが実時間処理には不向きである。
【００１４】
なお、前述の特許文献に記載されているヒストグラム等化によってコントラストを強調する手法は、量子雑音が多い画像の場合には有効ではない。なぜなら、ヒストグラム等化による信号処理では、信号ばかりでなく背景画像やノイズも強調されるからである。特にＣＬＡＨＥ法は、局所領域で累積ヒストグラムを作成するので、処理時間がかかるという問題も生じる。
【００１５】
この発明の目的は、量子雑音を多く含む画像信号において、従来よりも簡単な方法で信号成分を識別することができる画像信号処理装置および画像信号処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は要約すれば画像信号処理装置であって、補正量算出部と、補正演算部と、画像２値化部とを備える。補正量算出部は、入力画像のバックグラウンドを平坦化するために画素ごとの補正量を算出する。この場合、補正量算出部は、いずれか第１の画素についての補正量を算出するときに、入力画像内の第１の画素を含む局所的な領域の画素値を平均することによって第１の画素についての補正量を算出する。補正演算部は、各画素について算出された補正量を用いて各画素の画素値を補正する。画像２値化部は、前記補正量によって補正された各画素値を、予め定める閾値を超えるか否かによって２値化する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、各画素を含む局所的な領域で画素値を平均するという従来よりも簡単な方法で画素ごとのバックグラウンド補正量を算出する。そして、画素ごとに算出された補正量を用いて入力画像のバックグラウンドの平坦化を行なうので、容易に信号成分の識別を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１による画像信号処理装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）の一例を示す図である。
【図３】図２に示す入力画像信号に対してバックグラウンド補正を行なった後の信号波形を示す図である。
【図４】図１のバックグラウンド補正部２０によるバックグラウンド補正の原理を説明するための図である。
【図５】図１の画像信号処理装置１への入力画像の一例を示す３次元図である。
【図６】図５を等高線によって示した２次元図である。
【図７】図６のＳＣ１−ＳＣ１線およびＳＣ２−ＳＣ２線に沿った信号強度を示す図である。
【図８】入力画像全体にわたって平均化することによって補正量を算出した場合の補正後の画像を示す３次元図である。
【図９】図８を等高線により示した２次元図である。
【図１０】図９のＳＣ３−ＳＣ３線およびＳＣ４−ＳＣ４線に沿った信号強度を示す図である。
【図１１】図５に示す入力画像のうちの一部の領域を示す３次元図である。
【図１２】図１１を等高線により示した２次元図である。
【図１３】実施の形態１の方法で補正量を算出した場合の補正後の画像を示す３次元図である。
【図１４】図１３を等高線により示した２次元図である。
【図１５】（Ａ）は図１２のＸ方向の信号強度を示す図であり、（Ｂ）は図１４のＸ方向の信号強度を示す図である。
【図１６】入力画像信号およびそのバックグラウンド補正後の信号の他の例を示す図である。
【図１７】入力画像信号およびそのバックグラウンド補正後の信号のさらに他の例を示す図である。
【図１８】図１の時間平均化部１０の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１９】時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞の一例を示す図である。
【図２０】図１のバックグラウンド補正部２０の構成を示すブロック図である。
【図２１】図２０の補正量算出部２１の構成を示すブロック図である。
【図２２】図２１の行データ処理部ＳＲの構成を示すブロック図である。
【図２３】図２１の入力制御部９１の動作を説明するための図である。
【図２４】図２０の画像信号処理装置１による入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）の処理手順を示すフローチャートである。
【図２５】図２４のステップＳ２の処理手順をさらに詳しく示すフローチャートである。
【図２６】この発明の実施の形態２による画像信号処理装置２の構成を示すブロック図である。
【図２７】図２６のＸ平均化部３１の構成を示すブロック図である。
【図２８】図２６のＹ平均化部３２の構成を示すブロック図である。
【図２９】図２６のＸＹ平均化部３３の構成を示すブロック図である。
【図３０】入力画像信号の一例を示す図である（信号強度Ｉｓが比較的小さい場合）。
【図３１】入力画像信号の一例を示す図である（信号強度Ｉｓが比較的大きい場合）。
【図３２】この発明の実施の形態３による画像信号処理装置３の構成を示すブロック図である。
【図３３】バックグラウンド補正後の信号強度の一例を示す図である（データ信号強度が比較的小さい場合）。
【図３４】バックグラウンド補正後の信号強度の一例を示す図である（データ信号強度が比較的大きい場合で、補正量を制限していない場合）。
【図３５】バックグラウンド補正後の信号強度の一例を示す図である（データ信号強度が比較的大きい場合で、補正量を制限している場合）。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００２０】
＜実施の形態１＞
［信号処理装置の全体構成］
図１は、この発明の実施の形態１による画像信号処理装置１の構成を示すブロック図である。図１を参照して、画像信号処理装置１は、量子雑音を多く含む入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）から信号成分を識別するための回路である。入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）は、イメージセンサ５などで検出された２次元画像を点順次走査で読み出すことによって一次元化されている。図１に示すように、画像信号処理装置１は、時間平均化部１０と、バックグラウンド補正部２０と、画像２値化部３０とを含む。
【００２１】
時間平均化部１０は、現フレームまでの複数フレームの入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）を用いて、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞を生成する。具体的に、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞は、予め定めるフレーム数の入力画像を画素ごとに加算平均することによって、あるいは、現フレームまでの複数フレームの入力画像を画素ごとに加重平均することによって得られる。加重平均の重みは、現フレームよりも前に読み出されたフレームほど小さく設定される。図１８を参照して後述するように、加重平均を行なう場合は、時間平均化部１０を再帰型フィルタとして構成することができるので、平均化の演算に必要なメモリを削減することができる。なお、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）が時間的に変化する場合には、時間平均化を行なわないほうが望ましい場合もある。
【００２２】
バックグラウンド補正部２０は、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞のバックグラウンドを平坦化するために、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）を用いて画素ごとの補正量を算出する。バックグラウンド補正部２０は、算出された画素ごとの補正量を用いて、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞に対して対応の画素の画素値を補正し、補正後の画像信号Ｓｅｑ（ｔ）を出力する。
【００２３】
画像２値化部３０は、補正後の画像信号Ｓｅｑ（ｔ）の各画素値を、予め定める閾値ＬＶＬを超えるか否かによって２値化し、２値化された画像信号Ｓｏｕｔ（ｔ）を出力する。この場合の閾値ＬＶＬは２次元画像全体で一定の値を用いることができる。
【００２４】
［バックグラウンド補正の原理］
図２は、図１の入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）の一例を示す図である。図２は、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）で表わされる２次元画像において、ある１行分の信号強度を示したものである。図２の横軸がＸ方向（主走査方向）の座標で、縦軸は信号強度を任意スケールで表わしたものである。図２に示すように、画像信号は、背景信号Ｉｂｇにデータ信号Ｉｓおよび量子雑音σｎが重畳したものとなっている。
【００２５】
図２の場合、Ｒｏｓｅの視認係数κを用いると、視認条件は、
【００２６】
【数１】
0005586209.tif 000002
【００２７】
と表わされる。コントラストが低いためにＩｓ＜Ｉｂｇの関係が成立する場合には、上式（１）の右辺の分母のＩｓを無視することできる。図１の時間平均化部１０でＮ個のフレーム画像が平均化された場合には、式（１）は、
【００２８】
【数２】
0005586209.tif 000003
【００２９】
と表わされる。
図３は、図２に示す入力画像信号に対してバックグラウンド補正を行なった後の信号波形を示す図である。
【００３０】
図３を参照して、図１のバックグラウンド補正部２０は、アナログ回路における直流再生器（ＢＬＲ：Base  Line  Restorer）と同様の機能を有し、ベースラインがほぼ０になるように入力画像信号を補正する。この結果、図１の画像２値化部３０によって閾値ＬＶＬを超えているか否かを判定することによって、補正後の入力画像信号を２値化することができる。
【００３１】
なお、実際には、図３に示すように、ベースラインは０からシフトする。このベースラインシフトＢＬＳの絶対値が大きくなると、画像２値化部３０による２値化判定結果が誤差を含むことになるので、ベースラインシフトＢＬＳを抑制する必要がある。具体的な手法については実施の形態３で説明する。
【００３２】
図４は、図１のバックグラウンド補正部２０によるバックグラウンド補正の原理を説明するための図である。
【００３３】
図４を参照して、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）に対応した２次元画像は、主走査方向（Ｘ方向、行方向とも称する）および副走査方向（Ｙ方向、列方向とも称する）に沿って並ぶ画素アレイによって表わされる。以下の説明では、主走査方向の画素数をｎ個とし、副走査方向の画素数をｍ個とする。すなわち、２次元画像はｍ行ｎ列の画素アレイによって構成される。
【００３４】
図１のバックグラウンド補正部２０は、２次元画像の各画素に対してバックグラウンド補正のための補正量を算出する。具体的に、第ｉ行、第ｊ列目（１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ）の画素Ｍ（ｉ，ｊ）に対する補正量は、画素Ｍ（ｉ，ｊ）を含む局所的な領域で２次元画像を平均することによって求められる。
【００３５】
より詳しくは、バックグラウンド補正部２０は、画素Ｍ（ｉ，ｊ）に対して第１〜第３のベースレベルＬｘ，Ｌｙ，Ｌｘｙを算出する。実施の形態１の場合には、第１のベースレベルＬｘ（ｉ，ｊ）は、画素Ｍ（ｉ，ｊ）を含んでＸ方向（主走査方向）に並ぶ所定の数Δｘ（図４の場合、Δｘ＝５）の画素７１の画素値の加算平均である。第２のベースレベルＬｙ（ｉ，ｊ）は、画素Ｍ（ｉ，ｊ）を含んでＹ方向（副走査方向）に並ぶ所定の数Δｙ（図４の場合、Δｙ＝５）の画素７２の画素値の加算平均である。第３のベースレベルＬｘｙ（ｉ，ｊ）は、画素Ｍ（ｉ，ｊ）を含んでＸ方向およびＹ方向に行列状に並ぶ所定の数Δｘ×Δｙの画素７３の画素値の加算平均である。具体的に数式を用いて表わすと、
【００３６】
【数３】
0005586209.tif 000004
【００３７】
のようになる。ただし、上式（３）〜（５）のｘｓ、ｙｓは、ｉ，ｊによって決まる数である。図４の場合、入力画像の端部の画素を除いて、
ｘｓ＝ｊ−２、ｙｓ＝ｉ−２                                      …(6)
で表わされる。
【００３８】
バックグラウンド補正部２０は、算出された第１〜第３のベースレベルＬｘ，Ｌｙ，Ｌｘｙを用いて画素Ｍ（ｉ，ｊ）に対する補正量Ｍｏｄ（ｉ，ｊ）を求める。補正量Ｍｏｄ（ｉ，ｊ）は、
Mod(i,j)＝Lx(i,j)＋Ly(i,j)−Lxy(i,j)                            …(7)
と表わされる。バックグラウンド補正部２０は、時間平均化された画像信号の対応の画素Ｍ（ｉ，ｊ）の画素値から補正量Ｍｏｄ（ｉ，ｊ）を減じることによって、時間平均化された画像に対してバックグラウンド補正を行なう。
【００３９】
上記のバックグラウンド補正方法の特徴は、画像全体でなく局所的な領域での画素値の平均量を用いて各画素値を補正している点にある。たとえば、背景画像を最小２乗法を使った２次元ｎ次多項式で近似した場合、画像全体の背景画像は高次の多項式まで用いないと正確に近似することができない。これに対して、局所範囲の背景画像は、低次の多項式でも精度よく近似できると考えられる。したがって、上記のような簡単なアルゴリズムを用いることによっても十分な精度でベースレベルを再現することができる。実際に空間的に平均する範囲は、背景画像の変化率やデータ信号密度に応じて設定する必要がある。
【００４０】
特に、上記のバックグランウンド補正は、背景画像上にデータ信号がスポット状に点在している場合に好適に用いることができる。したがって、たとえば、Ｘ線透視によって鋳造品の微小欠陥を検出する場合や、電子部品パッケージのボンディングワイヤの接続状態を３次元ＣＴ（Computed  Tomography）を用いて非破壊検査を行なう場合などに好適に用いることができる。３次元で線状の像は、輪切りにされた２次元画像ではスポット状になる。また、可視光を用いた天体画像において星の位置を識別する場合にも好適に用いることができる。
【００４１】
また、上記のバックグラウンド補正方法のその他のメリットとして、イメージセンサの感度ムラによって背景画像に濃度変化が生じている場合には、局所範囲の画像を平均化することによって感度ムラの影響を抑制することができる。
【００４２】
［バックグラウンド補正の具体例］
図５は、図１の画像信号処理装置１への入力画像の一例を示す３次元図である。
【００４３】
図６は、図５を等高線によって示した２次元図である。図５、図６を参照して、入力画像信号は、Ｘ方向に１００画素、Ｙ方向に１００画素の画素アレイによって表わされる。各画素に対する信号強度（画素値）は、背景信号とデータ信号との和で表わされる。データ信号は、画像内にスポット状に４箇所存在する。
【００４４】
図７は、図６のＳＣ１−ＳＣ１線およびＳＣ２−ＳＣ２線に沿った信号強度を示す図である。図７の実線のグラフが図６のＳＣ１−ＳＣ１線に沿った信号強度を示し、破線のグラフが図６のＳＣ２−ＳＣ２線に沿った信号強度を示す。図７から明らかなように、背景信号の変化のほうがデータ信号強度よりも大きいためにこのままでは、閾値を超えるか否かを判定することによってデータ信号を識別することは不可能である。
【００４５】
まず、本実施の形態の場合と異なり、図５〜図７で表わされる入力画像に対して、画像全体にわたって画像信号を平均化することによって補正量を算出した場合について説明する。この場合、第１〜第３のベースレベルＬｘ，Ｌｙ，Ｌｘｙを算出する算出式（３）〜（５）において、ｘｓ＝ｙｓ＝１であり、Δｘ＝ｎ（Ｘ方向の画素数）、Δｙ＝ｍ（Ｙ方向の画素数）である。算出した補正量によって入力画像を補正した場合の補正後の画像を図８〜図１０に示す。
【００４６】
図８は、入力画像全体にわたって平均化することによって補正量を算出した場合の補正後の画像を示す３次元図である。
【００４７】
図９は、図８を等高線により示した２次元図である。
図１０は、図９のＳＣ３−ＳＣ３線およびＳＣ４−ＳＣ４線に沿った信号強度を示す図である。図８〜図１０を参照して、背景信号の強度は全体として０付近になるように改善されてはいるが、補正後の背景信号にはデータ信号の大きさと同程度の濃度変化が残っている。したがって、補正後の画像を閾値判定により２値化することによってデータ信号を識別することは不可能である。
【００４８】
そこで、実施の形態１の画像信号処理装置１では、図５〜図７で表わされる入力画像のうちいずれか第１の画素についての補正量を算出する場合、第１の画素を含む局所的な領域で画像を平均することによって補正量が算出される。以下、図１１〜図１７を参照して、具体例を説明する。以下の具体例では、Ｘ方向に３０画素（Δｘ＝３０）、Ｙ方向に３０画素（Δｙ＝３０）の範囲で平均化することによって補正量が算出される。
【００４９】
図１１は、図５に示す入力画像のうちの一部の領域を示す３次元図である。
図１２は、図１１を等高線により示した２次元図である。図１１、図１２は、画像全体での座標Ｘ，Ｙをローカルの座標ＸＬ，ＹＬに置換えて図示している。図１１、図１２に示すような局所的な範囲では、背景信号をほぼ一様と考えることができる。
【００５０】
図１３は、実施の形態１の方法で補正量を算出した場合の補正後の画像を示す３次元図である。
【００５１】
図１４は、図１３を等高線により示した２次元図である。図１３、図１４は、図１１、図１２と同じ領域における補正後の信号強度を示す図である。図１３、図１４に示すように、データ信号には影響を及ぼさずに、背景信号がほぼ０になるように補正されている。
【００５２】
図１５（Ａ）は図１２のＸ方向の信号強度を示す図であり、（Ｂ）は図１４のＸ方向の信号強度を示す図である。図１５（Ａ）、（Ｂ）ではローカル座標ＹＬ＝１４に対するＸ方向の分布が示される。バックグラウンドの補正前（図１５（Ａ））には背景信号強度が４０程度であったのに対して、バックグラウンドの補正後（図１５（Ｂ））には背景信号強度がほぼ０になっている。
【００５３】
図１６、図１７は、入力画像信号およびそのバックグラウンド補正後の信号の他の例を示す図である。図１６、図１７は、図５〜図７に示す入力画像において、図１１〜図１５の場合とは異なる局所領域における画像信号波形を示したものである。（Ａ）は補正前の信号強度を示し、（Ｂ）は補正後の信号強度を示す。図１６、図１７のいずれの場合も、補正後の背景信号はほぼ０で一様になっているので、閾値と比較することによってデータ信号を容易に２値化することができる。
【００５４】
次に、図１の画像信号処理装置１の各部の構成を詳しく説明する。
［時間平均化部１０の構成］
図１８は、図１の時間平均化部１０の詳細な構成を示すブロック図である。図１８の時間平均化部１０は再帰型フィルタとして構成される。時間平均化部１０は、画像データ記憶部１１と、演算部１２と、加算器１３と、係数部１４とを含む。時間平均化部１０には、点順次走査によって２次元画像が一次元化された入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）が入力される。２次元画像は、Ｘ方向（主走査方向）にｎ個、Ｙ方向（副走査方向）にｍ個のｍ行ｎ列の画素アレイで表わされる。
【００５５】
画像データ記憶部１１は、加算器１３による演算結果を画素ごとに一時的に記憶する。記憶された画素ごとのデータは、次に同じ画素についての加算結果が加算器１３から出力されたときに更新される。画像データ記憶部１１は、１フレーム分の画像信号を記憶することができる。
【００５６】
演算部１２は、加算器１３が点順次走査の順で新たな画素の画素値を受ける度に、新たに受けた画素と同じ画素について画像データ記憶部１１に記憶されているデータを読み出して係数Ｋｔ倍する。係数Ｋｔは０より大きく１より小さい実数に予め設定される。
【００５７】
加算器１３は、点順次走査の順で受けた新たな画素の画素値と演算部１２の演算結果とを加算し、加算結果を画像データ記憶部１１に出力する。
【００５８】
係数部１４は、画像データ記憶部１１に新たな加算結果が出力されたとき、その値を（１／（１−Ｋｔ））倍して、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞として外部に出力する。
【００５９】
ここで、現フレームのいずれか第１の画素の画素値をＤ（ｔ）とし、画素値Ｄ（ｔ）による更新後に画像データ記憶部１１に記憶されている値をＣ（ｔ）する。さらに、１フレーム前の第１の画素の画素値Ｄ（ｔ−１）に対応して画像データ記憶部１１の記憶されている値をＣ（ｔ−１）とする。そうすると、
C(t)＝D(t)＋Kt×C(t−1)                                        …(8)
の関係が成立つ。この場合、時間平均化された画像の第１の画素の画素値＜Ｄ（ｔ）＞は、
<D(t)>＝[D(t)＋Kt×D(t−1)＋Kt2×D(t−2)＋…]／(1−Kt)          …(9)
のように表わされる。
【００６０】
時間平均化部１０において時間平均化を行なわない場合、Ｋｔ＝０に設定される。Ｋｔが１に近付くほど単純加算平均に近くなるとともに平均化されるフレーム数も増加する。
【００６１】
係数Ｋｔを固定値でなく、入力された画素値に応じた関数としてもよい。たとえば、指数関数に設定すれば、対数積算特性を与えることができ、画像のガンマ補正が可能になる。指数関数処理の実現にはルックアップテーブルによる数値変換が好適である。
【００６２】
図１９は、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞の一例を示す図である。図１９は、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）で表わされる２次元画像において、ある１行分の信号強度を示したものである。図２の横軸がＸ方向（主走査方向）の座標であり、縦軸は信号強度を任意スケールで表わしたものである。太い実線のグラフは現フレームの入力画像信号を示し、細い実線のグラフは１０フレーム加算に相当する加重平均結果を示し、破線のグラフは、２０フレーム加算に相当する加重平均結果を示す。実効的なフレーム加算数が増加するにつれてデータ信号強度が増加し、これによってＳＮＲ（Signal  to  Noise  Ratio）が向上していることがわかる。
【００６３】
［バックグラウンド補正部２０の構成］
図２０は、図１のバックグラウンド補正部２０の構成を示すブロック図である。図２０を参照して、バックグラウンド補正部２０は、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）に対して画素ごとの補正量を算出する補正量算出部２１と、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞に対して補正演算を行なう補正演算部２２とを含む。既に説明したように、補正量算出部２１は、各画素に対して第１のベースレベルＸｏ、第２のベースレベルＹｏ、および第３のベースレベルＸＹｏを算出する。補正演算部２２は、補正量算出部２１で画素ごとに算出された第１〜第３のベースレベルを用いて、時間平均化された入力画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞の各画素の画素値を補正する。
【００６４】
図２０に示すように補正演算部２２は、第１〜第３の加減算部２２１，２２２，２２３を含む。第１の加減算部２２１は、時間平均化された入力画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞から補正量算出部２１で算出された第１のベースレベルＸｏを減じる。第２の加減算部２２２は、第１の加減算部２２１の演算結果から補正量算出部２１で算出された第２のベースレベルＹｏを減じる。第３の加減算部２２３は、第２の加減算部２２２の演算結果に補正量算出部２１で算出された第３のベースレベルＸＹｏを加算する。これによって、バックグラウンドの補正された画像信号Ｓｅｑ（ｔ）が生成される。
【００６５】
図２１は、図２０の補正量算出部２１の構成を示すブロック図である。図２１に示すように補正量算出部２１は、入力制御部９１と、行データ処理部ＳＲ１〜ＳＲ３０と、出力切替部９２と、Ｘ係数部９３と、Ｙ加算部９４と、Ｙ係数部９５と、シフトレジスタ９６と、ＸＹ加算部９７と、ＸＹ係数部９８とを含む。行データ処理部ＳＲ１〜ＳＲ３０の個数は、第２のベースレベルＹｏを算出するときに加算される画素数Δｙに等しい。図２１の場合、Δｙ＝３０である。行データ処理部ＳＲ１〜ＳＲ３０について総称する場合または不特定のものを示す場合に行データ処理部ＳＲと記載する。
【００６６】
図２２は、図２１の行データ処理部ＳＲの構成を示すブロック図である。図２２に示すように、行データ処理部ＳＲは、データ選択部９０１と、シフトレジスタ９０２と、Ｘ加算部９０３とを含む。シフトレジスタ９０２は、入力される多ビットのデータ列をＦＩＦＯ（First  In  First  Out：先入れ先出し）で記憶するデジタル回路である。シフトレジスタ９０２は最大で入力画像の１行分の画像信号を記憶することができる。
【００６７】
以下、図２１、図２２を参照して、補正量算出部２１を構成する各要素について説明する。以下の説明では、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）で表わされる２次元画像は、行方向（Ｘ方向）に５１０個、列方向（Ｙ方向）に５１０個の行列状の画素アレイによって構成されるものとする。バックグラウンド補正を行なうために、各画素の補正量を算出するときには、行方向（Ｘ方向）に３０個、列方向（Ｙ方向）に３０個の画素数のデータが加算されるものとする。
【００６８】
図２１の入力制御部９１は、点順次走査によって一次元化された入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）を受けて、２次元画像の各行のデータを所定の行データ処理部ＳＲに画像信号を振り分ける。
【００６９】
図２３は、図２１の入力制御部９１の動作を説明するための図である。図２３に示すように、２次元画像を構成する最初の第１行目〜第３０行目までの画像信号は、行データ処理部ＳＲ１〜ＳＲ３０にそれぞれ入力される。次の第３１行目から第６０行目までの画像信号は、再び行データ処理部ＳＲ１〜ＳＲ３０にそれぞれ入力される。このように、３０行ごとに循環するようにして画像信号の入力先が切替えられる。入力先の切替のために、入力制御部９１は、点順次走査の順で入力された画素値に入力先の行データ処理部ＳＲの識別情報を付加した入力データ信号Ｘｉｎを生成して、全ての行データ処理部ＳＲに出力する。
【００７０】
図２２のデータ選択部９０１は、入力制御部９１から自己宛の入力データ信号Ｘｉｎを受けた場合には、入力データ信号Ｘｉｎのデータ部分をシフトレジスタ９０２に入力する。一方、データ選択部９０１は、入力制御部９１から受けた入力データ信号Ｘｉｎが自己宛でない場合には、シフトレジスタ９０２の末端のデータＸｒｔｎを再びシフトレジスタの先頭に入力する。このように、自己宛の入力データ信号Ｘｉｎが与えられていない場合にシフトレジスタ９０２に記憶されたデータを循環させる理由は、第２のベースレベルＹｏを算出するときに同一列の画素の画素値を平均する必要があるからである。
【００７１】
図２２のＸ加算部９０３は、シフトレジスタ９０２の先頭の３０個分のデータを加算する。Ｘ加算部９０３は、加算結果Ｘｓｕｍを出力切替部９２に出力する。
【００７２】
図２１の出力切替部９２は、入力制御部９１から出力された選択信号ＳＥＬに応じて、各行データ処理部ＳＲから出力された加算結果ＸｓｕｍのいずれかをＸ係数部９３に出力する。たとえば、入力制御部９１は、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）を行データ処理部ＳＲ１に入力しているときには、行データ処理部ＳＲ１の加算結果Ｓｕｍが出力切替部９２から出力されるように選択信号ＳＥＬを切替える。
【００７３】
Ｘ係数部９３は、出力切替部９２の出力に（１／Δｘ）を乗算して、乗算結果を第１のベースレベルＸｏとして出力する。Δｘは、第１のベースレベルＸｏを算出するときに加算される画素数である。
【００７４】
Ｙ加算部９４は、各データ処理部ＳＲのデータ選択部９０１から出力される信号Ｄｉｎ（Ｄｉｎ＿１〜Ｄｉｎ＿３０）を加算する。信号Ｄｉｎは、各行データ処理部ＳＲを構成するシフトレジスタ９０２の先頭に入力される信号である。
【００７５】
Ｙ係数部９５は、Ｙ加算部９４の加算結果Ｙｓｕｍに（１／Δｙ）を乗算して、乗算結果を第２のベースレベルＹｏとして出力する。Δｙ（Δｙ＝３０）は、第２のベースレベルＹｏを算出するときに加算される画素数である。
【００７６】
シフトレジスタ９６は、Ｙ加算部９４の出力データＹｓｕｍをＦＩＦＯ（First  In  First  Out：先入れ先出し）で記憶するデジタル回路である。シフトレジスタ９６は最大でΔｘ個（Δｘ＝３０）のデータを記憶することができる。
【００７７】
ＸＹ加算部９７は、シフトレジスタ９６に記憶されたΔｘ個のデータを加算する。これによって、Δｘ×Δｙ個の画素の画素値が加算されることになる。
【００７８】
ＸＹ係数部９８は、ＸＹ加算部９７の加算結果に（１／（Δｘ×Δｙ））を乗算して、乗算結果を第３のベースレベルＸＹｏとして出力する。
【００７９】
［まとめ］
図２４は、図２０の画像信号処理装置１による入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）の処理手順を示すフローチャートである。
【００８０】
図２５は、図２４のステップＳ２の処理手順をさらに詳しく示すフローチャートである。以下、図２０、図２４、図２５を参照して、画像信号処理装置１の処理手順を総括する。
【００８１】
図２４のステップＳ１で、時間平均化部１０は、現フレームまでの複数フレームの入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）を用いて、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞を生成する。
【００８２】
次のステップＳ２で、補正量算出部２１は、ステップＳ１で時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞のバックグラウンドを平坦化するために、現フレームの入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）の画素ごとの補正量を算出する。ステップＳ２の具体的な手順は図２５に示される。
【００８３】
図２５において、現フレームの入力画像のうちいずれか第１の画素についての補正量を算出する場合、補正量算出部２１は、ステップＳ１１で、第１の画素を含んで主走査方向（Ｘ方向）に並ぶ所定の数の画素の画素値を加算平均する。さらにステップＳ１２で、補正量算出部２１は、第１の画素を含んで副走査方向（Ｙ方向）に並ぶ所定の数の画素の画素値を加算平均する。さらにステップＳ１３で、補正量算出部２１は、Ｘ方向およびＹ方向に行列状に並ぶ所定の数の画素の画素値を加算平均する。ステップＳ１１の平均値が第１のベースレベルＸｏであり、ステップＳ１２の平均値が第２のベースレベルＹｏであり、ステップＳ１３の平均値が第３のベースレベルＸＹｏである。
【００８４】
次に、図２４のステップＳ３で、補正演算部２２は、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞の対応の画素値に対してステップＳ２で算出された第１および第２のベースレベルＸｏ，Ｙｏを減算し、第３のベースレベルＸＹｏを加算する。これによって、バックグラウンド補正後の画像信号Ｓｅｑ（ｔ）が生成される。言替えると、各画素の補正量（Ｘｏ＋Ｙｏ−ＸＹｏ）を対応の画素値から減じることによってバックグラウンドが補正される。
【００８５】
次のステップＳ４で、画像２値化部３０は、ステップＳ３で生成された補正後の画像信号Ｓｅｑ（ｔ）と閾値ＬＶＬを比較することによって２値化された画像信号Ｓｏｕｔ（ｔ）を生成する。以上で、画像信号処理装置１による信号処理が終了する。
【００８６】
上記の画像信号処理装置１によれば次のようなメリットがある。
第１に、時間平均化部１０および補正量算出部２１のいずれにおいても、画像信号を所定の係数倍する以外は画像信号の加減算処理しか行なっていない。したがって、スプリアスな雑音の発生を回避できる。
【００８７】
第２に、ヒストグラム等化の手法を用いていないので、量子雑音を強調することなくバックグラウンドを平坦化できる。ダイナミックレンジの制約もない。
【００８８】
第３に、バックグラウンド補正部２０による背景画像の平坦化は、局所領域で画像信号を平均することによって画素ごとの補正量を算出し、算出した補正量を対応の画素から減じるというシンプルなアルゴリズムによっている。したがって、画像信号処理装置１を構成するハードウェアの規模を従来よりも小さくすることができ、実時間での画像信号処理が可能となる。
【００８９】
＜実施の形態２＞
実施の形態１の画像信号処理装置１では、入力画像信号を局所領域で加算平均することによって補正量（第１〜第３のベースレベル）が算出された。実施の形態２の画像信号処理装置２では、加重平均を用いて補正量が算出される。この場合、再帰演算によって加重平均を算出することができるので、補正量の算出に必要なメモリの容量を実施の形態１の場合よりも少なくすることができる。
【００９０】
図２６は、この発明の実施の形態２による画像信号処理装置２の構成を示すブロック図である。図２６の画像信号処理装置２は、バックグラウンド補正部２０Ａの補正量算出部２１Ａの構成が図２０の画像信号処理装置１と異なる。図２６のその他の構成は、実施の形態１の画像信号処理装置１と同じであるので、同一部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００９１】
図２６に示すように補正量算出部２１Ａは、第１のベースレベルＸｏを算出するＸ平均化部３１（第１のベースレベル算出部）と、第２のベースレベルＹｏを算出するＹ平均化部３２（第２のベースレベル算出部）と、第３のベースレベルＸＹｏを算出するＸＹ平均化部３３（第３のベースレベル算出部）とを含む。Ｘ平均化部３１およびＹ平均化部３２は、点順次走査によって一次元化された入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）を受ける。ＸＹ平均化部３３は、Ｙ平均化部３２による演算結果Ｃｊを受ける。以下、図２７〜図２９を参照して、これらの構成要素３１〜３３について順に説明する。以下の説明では、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）によって表わされる２次元画像のＸ方向（主走査方向）の画素数をｎ個とし、Ｙ方向（副走査方向）の画素数をｍ個とする。すなわち、２次元画像はｍ行ｎ列の画素アレイによって構成される。Ｘ平均化部３１およびＹ平均化部３２には、第１行目から順に各行の画素値が入力される。また、第ｉ行、第ｊ列目（１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ）の画素Ｍ（ｉ，ｊ）の画素値をＤ（ｉ，ｊ）とすれば、第ｉ行目の画素値は、Ｄ（ｉ，１）、Ｄ（ｉ，２）、…、Ｄ（ｉ，ｎ）の順でＸ平均化部３１およびＹ平均化部３２に入力される。Ｘ平均化部３１、Ｙ平均化部３２、およびＸＹ平均化部３３は、このような点順次走査の順で第１〜第３のベースレベルＸｏ，Ｙｏ，ＸＹｏを算出する。
【００９２】
図２７は、図２６のＸ平均化部３１の構成を示すブロック図である。図２７を参照して、Ｘ平均化部３１は、Ｘレジスタ３１１とＸ演算部３１２と加算器３１３とＸ係数部３１４とを含む。
【００９３】
Ｘレジスタ３１１は、加算器３１３の加算結果を一時的に記憶する。Ｘレジスタ３１１の記憶内容は、加算器３１３から出力された次の加算結果によって更新される。さらに、Ｘレジスタ３１１の記憶内容は、加算器３１３に各行の最後の画素の画素値が入力された後、次の行の先頭の画素の画素値を受けるまでの間にリセットされる。
【００９４】
Ｘ演算部３１２は、Ｘレジスタ３１１の記憶内容を読み出して係数Ｋａ倍する。係数Ｋａは０より大きく１より小さい実数に予め設定される。
【００９５】
加算器３１３は、点順次走査の順で受けた新たな画素の画素値と、新たな画素の画素値によって更新される前のＸレジスタ３１１の記憶内容に基づいたＸ演算部３１２の演算結果とを加算し、加算結果をＸレジスタ３１１に出力する。
【００９６】
Ｘ係数部３１４は、Ｘレジスタ３１１に新たな加算結果が記憶されたとき、その値を係数Ｋｘ倍して、第１のベースレベルＸｏとして出力する。係数Ｋｘは、後述の式（１２）で表わされる。
【００９７】
ここで、加算器３１３に入力された第ｉ行、第ｊ列目の画素値Ｄ（ｉ，ｊ）によって更新された後に、Ｘレジスタ３１１に記憶されている値をＣｘ（ｊ）とすれば、Ｃｘ（ｊ）は、
Cx(j)＝D(i,j)＋Ka×Cx(j−1)                                    …(10)
のように再帰的に表わされる。この場合、第ｉ行、第ｊ列目の画素Ｍ（ｉ，ｊ）についての第１のベースレベルＸｏ（ｉ，ｊ）は、第ｉ行の第１番目から第ｊ番目までの画素Ｍ（ｉ，１）〜Ｍ（ｉ，ｊ）の画素値Ｄ（ｉ，１）〜Ｄ（ｉ，ｊ）の加重平均になる。すなわち、
Xo(i,j)＝Kx×[D(i,j)＋Ka×D(i,j−1)＋…＋Kaj-1×D(i,1)]          …(11)
と表わされる。ただし、上式（１１）において、
Kx＝1／[1＋Ka＋Ka2＋…＋Kaj-1]                                  …(12)
である。
【００９８】
図２８は、図２６のＹ平均化部３２の構成を示すブロック図である。図２８を参照して、Ｙ平均化部３２は、Ｙレジスタ群３２１と書込回路３２２と読出回路３２３とＹ演算部３２４と加算器３２５とＹ係数部３２６とを含む。
【００９９】
Ｙレジスタ群３２１は、入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）によって表される２次元画像の列にそれぞれ対応する複数のＹレジスタによって構成される。各Ｙレジスタは、対応の列についての加算器３２５による加算結果を一時的に記憶する。各Ｙレジスタの記憶内容は、対応の列に属する画素について新たな加算結果が加算器３２５から出力されたとき更新される。さらに、各Ｙレジスタの記憶内容は、対応の列の最後の画素の画素値が加算器３２５に入力された後、次のフレームで対応の列の先頭の画素の画素値が加算器３２５に入力されるまでの間にリセットされる。
【０１００】
書込回路３２２は、点順次走査の順で新たな画素の画素値が加算器３２５に入力される度に、入力された新たな画素値を用いた加算器３２５の加算結果ＣｊをＹレジスタ群３２１のうちの対応のＹレジスタおよびＸＹ平均化部３３に出力する。
【０１０１】
読出回路３２３は、Ｙ係数部３２６およびＸＹ平均化部３３に要求されたＹレジスタの記憶内容をＹ係数部３２６およびＸＹ平均化部３３に出力する。
【０１０２】
Ｙ演算部３２４は、点順次走査の順で新たな画素の画素値が加算器３２５に入力される度に、入力された新たな画素によって更新される前に、対応のＹレジスタに記憶されている値を、読出回路３２３を通じて読み出す。Ｙ演算部３２４は、Ｙレジスタから読み出した値を係数Ｋｂ倍して加算器３２５に出力する。係数Ｋｂは０より大きく１より小さい実数に予め設定される。
【０１０３】
加算器３２５は、点順次走査の順で受けた新たな画素の画素値とＹ演算部３２４の演算結果とを加算し、加算結果を書込回路３２２に出力する。
【０１０４】
Ｙ係数部３２６は、点順次走査の順で新たな画素の画素値が加算器３２５に入力される度に、新たな画素の画素値に基づいて更新されたＹレジスタの記憶内容を、読出回路３２３を通じて読み出す。Ｙ係数部３２６は、Ｙレジスタから読み出した値を係数Ｋｙ倍して、第２のベースレベルＹｏとして出力する。係数Ｋｙは、後述の式（１５）で表される。
【０１０５】
ここで、加算器３２５に入力された第ｉ行、第ｊ列目の画素値Ｄ（ｉ，ｊ）によって更新された後に、第ｊ列に対応したＹレジスタに記憶されている値をＣｊ（ｉ）とすれば、Ｃｊ（ｉ）は、
Cj(i)＝D(i,j)＋Ka×Cj(i−1)                                    …(13)
のように再帰的に表わされる。この場合、第ｉ行、第ｊ列目の画素Ｍ（ｉ，ｊ）についての第２のベースレベルＹｏ（ｉ，ｊ）は、第ｊ列の第１番目から第ｉ番目までの画素Ｍ（１，ｊ）〜Ｍ（ｉ，ｊ）の画素値Ｄ（１，ｊ）〜Ｄ（ｉ，ｊ）の加重平均になる。すなわち、
Yo(i,j)＝Ky×[D(i,j)＋Kb×D(i-1,j)＋…＋Kbi-1×D(1,j)]          …(14)
と表わされる。ただし、上式（１１）において、
Ky＝1／[1＋Kb＋Kb2＋…＋Kbi-1]                                  …(15)
である。
【０１０６】
図２９は、図２６のＸＹ平均化部３３の構成を示すブロック図である。図２９を参照して、ＸＹ平均化部３３は、ＸＹレジスタ３３１とＸＹ演算部３３２と加算器３３３とＸＹ係数部３３４とを含む。
【０１０７】
ＸＹレジスタ３３１は、加算器３３３の加算結果を一時的に記憶する。ＸＹレジスタ３３１の記憶内容は、加算器３３３から出力された次の加算結果によって更新される。さらに、ＸＹレジスタ３３１の記憶内容は、加算器３３３に各行の最後の画素の画素値が入力された後、次の行の先頭の画素値を受けるまでの間にリセットされる。
【０１０８】
ＸＹ演算部３３２は、ＸＹレジスタ３３１の記憶内容を読み出して係数Ｋａ倍して加算器３３３に出力する。係数ＫａはＸ演算部３１２の場合と同じ値である。
【０１０９】
加算器３３３は、点順次走査の順で入力された新たな画素の画素値に基づく演算結果Ｃｊ（対応の列のＹレジスタの記憶内容と同じ）をＹ平均化部３２から受けたとき、その演算結果Ｃｊと、更新前のＸＹレジスタ３３１の記憶内容によるＸＹ演算部３３２の出力とを加算し、加算結果をＸＹレジスタ３３１に出力する。
【０１１０】
ＸＹ係数部３３４は、ＸＹレジスタ３３１に新たな加算結果が記憶されたとき、その値を係数Ｋｘｙ倍して、第３のベースレベルＸＹｏとして出力する。係数Ｋｘｙは、Ｋｘ×Ｋｙに等しい。
【０１１１】
ここで、画像信号処理装置２に第ｉ行、第ｊ列目の画素値Ｄ（ｉ，ｊ）が入力されて更新された後にＸＹレジスタ３３１に記憶されている値をＣｘｙ（ｊ）とすれば、Ｃｘｙ（ｊ）は前述の式（１３）のＣｊ（ｉ）を用いて、
Cxy(j)＝Cj(i)＋Ka×Cxy(j−1)                                    …(16)
と表わされる。この場合、第ｉ行、第ｊ列目の画素Ｍ（ｉ，ｊ）についての第３のベースレベルＸＹｏ（ｉ，ｊ）は、第ｉ行の第１番目から第ｊ番目までの画素Ｍ（ｉ，１）〜Ｍ（ｉ，ｊ）についてそれぞれ既に算出された第２のベースレベルＹｏ（ｉ，１）〜Ｙｏ（ｉ，ｊ）の加重平均になる。すなわち、
XYo(i,j)＝Kx×[Yo(i,j)＋Ka×Yo(i,j−1)＋…＋Kaj-1×Yo(i,1)]      …(17)
と表わされる。ただし、上式（１７）のＫｘは前述の式（１２）で与えられる。
【０１１２】
上記の第１〜第３のベースレベルＸｏ，Ｙｏ，ＸＹｏの算出において、係数Ｋａ，Ｋｂを０に近づけるほど、第１〜第３のベースレベルＸｏ，Ｙｏ，ＸＹｏの算出対象である画素Ｍ（ｉ，ｊ）から離間した画素値に対する加重平均の重みが小さくなる。この結果、算出対象の画素Ｍ（ｉ，ｊ）により近い局所的な範囲での平均値が得られる。
【０１１３】
＜実施の形態３＞
実施の形態３では、図３で述べたベースラインシフトＢＬＳを抑制する方法について説明する。最初にベースラインが０からシフトする原因について説明する。
【０１１４】
図３０、図３１は、入力画像信号の一例を示す図である。図３０、図３１において、バックグラウンドを補正するための補正量（第１〜第３のベースレベル）を算出するために設定された局所領域７３の画素数をＷとし、局所領域７３におけるデータ信号の画素数をＷｓとし、データ信号の強度をＩｓとする。図３１の場合のデータ信号強度Ｉｓは図３０の場合に比べて大きい。
【０１１５】
第１〜第３のベースレベルは、データ信号Ｉｓも含めて局所領域７３内の画像信号を平均することによって求められるので、図３０、図３１の場合のベースラインのシフト量ＢＬＳは、
ＢＬＳ＝Ｉｓ×Ｗｓ／Ｗ                                          …(18)
で与えられる。したがって、データ信号の画素数Ｗｓおよびデータ信号強度Ｉｓが大きくなるほどベースラインシフトＢＬＳが大きくなる。具体的に図３０の場合と図３１の場合とを比較すると、図３０の場合に比べてデータ信号強度Ｉｓが大きい図３１のほうが、ベースラインシフトＢＬＳが大きくなる。
【０１１６】
そこで、実施の形態３の画像信号処理装置３では、現フレームのいずれか第１の画素について補正量（第１〜第３のベースレベル）を算出するとき、現フレームの第１の画素について算出された補正量と、１フレーム前に第１の画素について実際に補正に用いられた補正量とを比較し、その差の絶対値が基準値を超える場合には現フレームの第１の画素を１フレーム前の補正量を用いて補正する。すなわち、通常の状態ではデータ信号の画素数Ｗｓおよびデータ信号強度Ｉｓとも小さいことを前提とし、データ信号の画素数Ｗｓまたはデータ信号強度Ｉｓが急激に増加した場合に補正量が制限される。以下、図３２〜図３５を参照して具体的に説明する。
【０１１７】
図３２は、この発明の実施の形態３による画像信号処理装置３の構成を示すブロック図である。図３２の画像信号処理装置３は、バックグラウンド補正部２０Ｂの補正演算部２２Ａの構成が図２６の補正演算部２２の構成と異なる。その他の点については、図３２の画像信号処理装置３は図２６の画像信号処理装置２と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。なお、図３２では、画像２値化部３０の図示が省略されている。
【０１１８】
図３２の補正演算部２２Ａは、加減算器４１と補正量記憶部４２と比較器４３（判定部）と切替器４４と減算器４５とを含む。
【０１１９】
加減算器４１は、補正量算出部２１Ａによって画素ごとに算出された第１〜第３のベースレベルＸｏ，Ｙｏ，ＸＹｏを受けて、現フレームの補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）を算出する。具体的に、加減算器４１は、第１および第２のベースレベルＸｏ，Ｙｏの和から第３のベースレベルＸＹｏを減ずることによって、現フレームの補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）を算出する。
【０１２０】
補正量記憶部４２は、現フレームよりも１フレーム前の画像信号の補正に用いられた補正量Ｓｍｏｄ（ｔ−１）を画素ごとに記憶する。補正量記憶部４２は、加減算器４１で算出された現フレームの補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）と後述の切替信号ＳＷとを受け、切替信号ＳＷがＬレベルのときは、入力された現フレームの補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）で対応の画素についての記憶内容を更新する。
【０１２１】
比較器４３は、加減算器４１で算出された現フレームの補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）と、補正量記憶部４２に記憶された同じ画素についての１フレーム前の補正量Ｓｍｏｄ（ｔ−１）とを比較する。比較器４３は、比較結果に応じた切替信号ＳＷを切替器４４および補正量記憶部４２に出力する。具体的に比較器４３は、現フレームの補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）と１フレーム前の補正量Ｓｍｏｄ（ｔ−１）との差の絶対値が基準値を超える場合は切替信号ＳＷをＨレベルにし、基準値ＬＶＬ１以下の場合は切替信号ＳＷをＬレベルにする。
【０１２２】
切替器４４は、加減算器４１で算出された現フレームの補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）と補正量記憶部４２に記憶された同じ画素についての１フレーム前の補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）とを受ける。切替器４４は、切替信号ＳＷがＨレベルの場合は１フレーム前の補正量Ｓｍｏｄ（ｔ−１）を減算器４５に出力し、切替信号ＳＷがＬレベルの場合は現フレームの補正量Ｓｍｏｄ（ｔ）を減算器４５に出力する。
【０１２３】
減算器４５は、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞から切替器４４の出力を減じることによって補正後の画像信号Ｓｅｑ（ｔ）を生成する。
【０１２４】
図３３〜図３５は、バックグラウンド補正後の信号強度の一例を示す図である。図３３は、図３４、図３５に比べてデータ信号強度が小さい場合を示す。図３４は図３３に比べてデータ信号強度が大きい場合であるが、補正量が制限されていない場合を示し、図３５は補正量が制限されている場合を示す。
【０１２５】
図３３に示すように、データ信号強度が比較的小さい場合には、補正後の画像信号Ｓｅｑ（ｔ）を所定の閾値ＬＶＬによって２値化することができる。これに対して、図３４のに示すように、データ信号強度が比較的大きい場合で補正量を制限していない場合にはベースラインシフトが大きくなるので、補正後の画像信号Ｓｅｑ（ｔ）を所定の閾値ＬＶＬによって２値化することができない。一方、図３５に示すように、データ信号強度が比較的大きい場合でも上述のように補正量を制限している場合にはベースラインシフトが抑制されるので、補正後の画像信号Ｓｅｑ（ｔ）を所定の閾値ＬＶＬによって２値化することができる。
【０１２６】
＜変形例＞
実施の形態１〜３の画像信号処理装置１〜３では、現フレームの入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）に対してバックグラウンドの平坦化のための補正量（第１〜第３のベースレベル）を算出した。これに対して、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞を用いて補正量を算出することも可能である。しかしながら、時間平均化された画像信号＜Ｓｉｎ（ｔ）＞では、データ信号が強調されるのでベースラインシフト量が大きくなることが予想される。したがって、バックグラウンド補正のための補正量の算出には現フレームの入力画像信号Ｓｉｎ（ｔ）を用いるほうが好ましいと考えられる。
【０１２７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２８】
１，２，３  画像信号処理装置、１０  時間平均化部、１１  画像データ記憶部、１２  演算部、１３  加算器、１４  係数部、２０，２０Ａ，２０Ｂ  バックグラウンド補正部、２１，２１Ａ  補正量算出部、２２，２２Ａ  補正演算部、３０  画像２値化部、３１  Ｘ平均化部、３２  Ｙ平均化部、３３  ＸＹ平均化部、４１  加減算器、４２  補正量記憶部、４３  比較器（判定部）、４４  切替器、４５  減算器、９１  入力制御部、９２  出力切替部、９３  Ｘ係数部、９４  Ｙ加算部、９５  Ｙ係数部、９６  シフトレジスタ、９７  ＸＹ加算部、９８  ＸＹ係数部、２２１，２２２，２２３  加減算部、３１１  Ｘレジスタ、３１２  Ｘ演算部、３１３  加算器、３１４  Ｘ係数部、３２１  Ｙレジスタ群、３２２  書込回路、３２３  読出回路、３２４  Ｙ演算部、３２５  加算器、３２６  Ｙ係数部、３３１  ＸＹレジスタ、３３２  ＸＹ演算部、３３３  加算器、３３４  ＸＹ係数部、９０１  データ選択部、９０２  シフトレジスタ、９０３  Ｘ加算部、ＳＲ  行データ処理部。
【図１】
0005586209.tif 000005
【図２】
0005586209.tif 000006
【図３】
0005586209.tif 000007
【図４】
0005586209.tif 000008
【図７】
0005586209.tif 000009
【図１０】
0005586209.tif 000010
【図１５】
0005586209.tif 000011
【図１６】
0005586209.tif 000012
【図１７】
0005586209.tif 000013
【図１８】
0005586209.tif 000014
【図１９】
0005586209.tif 000015
【図２０】
0005586209.tif 000016
【図２１】
0005586209.tif 000017
【図２２】
0005586209.tif 000018
【図２３】
0005586209.tif 000019
【図２４】
0005586209.tif 000020
【図２５】
0005586209.tif 000021
【図２６】
0005586209.tif 000022
【図２７】
0005586209.tif 000023
【図２８】
0005586209.tif 000024
【図２９】
0005586209.tif 000025
【図３０】
0005586209.tif 000026
【図３１】
0005586209.tif 000027
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
0005586209.tif 000031
【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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