(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元データコードを含む多値画像を撮像する撮像部と、
前記多値画像を記憶する画像メモリと、
前記画像メモリに前記撮像部で撮像された多値画像が記憶されたことに応じて、当該多値画像における各画素の濃度値から濃度ヒストグラムを作成する濃度ヒストグラム作成手段と、
前記画像メモリに前記撮像部で撮像された多値画像が記憶されたことに応じて、当該多値画像における各画素の濃度平均値（Ａｖｇ）を算出する濃度平均値算出手段と、
前記濃度ヒストグラムの濃度値をガンマ補正を用いて補正する濃度値補正手段と、
前記濃度平均値算出手段により算出された前記濃度平均値を前記各画素の濃度中央値に変換するための変換係数γを下記演算式を用いて前記濃度平均値（Ａｖｇ）と最大階調値とから求める変換係数取得手段と、
【数１】
0005555672.tif 000006
前記濃度値補正手段により濃度値が補正された前記濃度ヒストグラムから仮のしきい値を選定する仮しきい値選定手段と、
前記仮しきい値選定手段により選定された前記仮のしきい値を、前記変換係数取得手段により求められた前記変換係数γに基づいて逆補正して、前記各画素を二値化するためのしきい値を決定するしきい値決定手段と、
前記しきい値決定手段により決定されたしきい値で前記画像メモリに記憶された前記多値画像を二値化して前記二次元データコードの二値画像を得る二値化手段と、
を具備したことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記仮しきい値選定手段は、最大尤度しきい値選定法により前記仮のしきい値を選定することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記最大尤度しきい値選定法は、大津のしきい値選定法であることを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、多値画像から二値画像を得るための画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多値画像（濃淡画像）を二値化して二値画像を求め、この二値画像からバーコードや二次元データコード等の符号を復号したり、文字を認識したりする画像処理技術がある。この技術では、適切な二値化しきい値を選定することが要求されており、一般的には、濃度ヒストグラムを用いた最大尤度しきい値選定法により二値化しきい値を選定する手法が用いられている。
【０００３】
最大尤度しきい値選定法の１つに、大津のしきい値選定法がある。この選定法は、多値画像における対象領域の濃度値と背景の濃度値とがともに正規分布に従うと仮定する。このため、対象領域の濃淡値の分散と背景の濃淡値の分散が極端に異なる場合や、対象領域の画素数と背景領域との画像数とが極端に異なる場合には、適切な二値化しきい値を得られないという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】T.Kurita, N.Otsu, and N.Abdelmalek, “Maximum likelihood thresholding based on population mixture models”, Pattern Recognition, Vol.25, No.10, pp.1231-1240, 1992.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、対象領域の濃淡値の分散と背景の濃淡値の分散が極端に異なる場合や、対象領域の画素数と背景領域との画像数とが極端に異なる場合においても、適切な二値化しきい値を得られる画像処理装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、画像処理装置は、撮像部と、画像メモリと、濃度ヒストグラム作成手段と、濃度平均値算出手段と、パラメータ取得手段と、濃度値補正手段と、仮しきい値選定手段と、しきい値決定手段と、二値化手段と、を含む。撮像部は、二次元データコードを含む多値画像を撮像する。画像メモリは、前記多値画像を記憶する。濃度ヒストグラム作成手段は、前記画像メモリに撮像部で撮像された多値画像が記憶されたことに応じて、当該多値画像における各画素の濃度値から濃度ヒストグラムを作成する。濃度平均値算出手段は、前記画像メモリに撮像部で撮像された多値画像が記憶されたことに応じて、当該多値画像における各画素の濃度平均値を算出する。パラメータ取得手段は、前記濃度平均値を前記各画素の濃度中央値に変換するための濃度変換パラメータを求める。濃度値補正手段は、前記濃度変換パラメータに基づいて前記濃度ヒストグラムの濃度値を補正する。仮しきい値選定手段は、前記濃度値補正手段により濃度値が補正された前記濃度ヒストグラムから仮のしきい値を選定する、しきい値決定手段は、前記仮しきい値選定手段により選定された前記仮のしきい値を、前記濃度変換パラメータに基づいて逆補正して、前記各画素を二値化するためのしきい値を決定する。二値化手段は、前記しきい値決定手段により決定されたしきい値で前記画像メモリに記憶された前記多値画像を二値化して前記二次元データコードの二値画像を得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態である画像処理装置の要部構成を示すブロック図。
【図２】同画像処理装置のＲＡＭに形成される主要なメモリエリアを示す模式図。
【図３】同画像処理装置のＣＰＵが二値化しきい値決定プログラムに従って実行する情報処理の手順を示す流れ図。
【図４】同画像処理装置のカメラで撮影された二次元データコードのオリジナル画像を示す図。
【図５】図４のオリジナル画像に対して、従来の方式により選定した二値化しきい値により二値化された二値画像を示す図。
【図６】図４のオリジナル画像に対して、本実施形態の方式により選定した二値化しきい値により二値化された二値画像を示す図。
【図７】図４のオリジナル画像に対する濃度ヒストグラムと、従来の方式により選定した二値化しきい値及び本実施形態の方式により選定した二値化しきい値を示す図。
【図８】図４のオリジナル画像に対する濃度ヒストグラムのガンマ補正後のヒストグラムと仮のしきい値とを示す図。
【図９】ガンマ補正の他の例である濃度変換テーブルの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、二値化しきい値決定装置，方法，プログラムの実施形態について、図面を用いて説明する。なお、この実施形態は、撮影した画像から二次元データコードの二値画像を得てＰＯＳ（Point Of Sales）端末に出力する画像処理装置１に適用した場合である。
【０００９】
図１は、前記画像処理装置１の要部構成を示すブロック図である。図１に示すように、画像処理装置１は、コンピュータの中枢を担うプロセッサとしてＣＰＵ（Central Processing Unit）１１を搭載する。そしてこのＣＰＵ１１に、アドレスバス，データバス等のバスライン１２を介して、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４、通信インターフェース１５、カメラドライバ１６、光源駆動回路１７及びブザー駆動回路１８を接続して、画像処理装置１のコントローラを構成する。
【００１０】
カメラドライバ１６は、二次元データコードを含む画像を撮影する撮像部としてのカメラ２１を接続し、このカメラ２１の駆動を制御する。そしてカメラドライバ１６は、カメラ２１によって撮影された多値画像（濃淡画像）のデータを取り込み、画像メモリ３１に記録する。カメラ２１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである。
【００１１】
光源駆動回路１７は、光源２２をオン，オフさせるための駆動信号を光源２２に出力する。光源２２は、前記カメラ２１による撮影領域を照射するためもので、例えばＬＥＤを用いる。
【００１２】
ブザー駆動回路１８は、ブザー２３を鳴動させるための駆動信号をブザー２３に出力する。ブザー２３は、例えばカメラ２１による撮影画像からＰＯＳ端末にて二次元データコードが復号された際に“ピッ”と鳴動して、オペレータに知らせる。
【００１３】
ＲＯＭ１３は、二値化しきい値決定プログラムを含むプログラムや設定データ等の固定的データを予め格納する。
【００１４】
ＲＡＭ１４は、図２に示すように、前記画像メモリ３１の他、前記二値化しきい値決定プログラムに従ったデータ処理でＣＰＵ１１が使用する濃度平均値メモリ３２、仮しきい値メモリ３３、しきい値メモリ３４等の種々のメモリ領域を形成する。
【００１５】
通信インターフェース１５は、通信ケーブルを介してＰＯＳ端末と接続され、画像処理装置１とＰＯＳ端末との間のデータ通信を司る。
【００１６】
ＣＰＵ１１は、前記二値化しきい値決定プログラムに従い図３の流れ図に示す手順の情報処理を実行する。
【００１７】
先ず、ＣＰＵ１１は、多値画像が入力されるのを待機する（ＳＴ１）。カメラ２１によって撮影された多値画像のデータが画像メモリ３１に記録されると、ＣＰＵ１１は、多値画像の入力有りと認識する（ＳＴ１のＹＥＳ）。そうすると、ＣＰＵ１１は、多値画像の全画素について濃度値を求める。そしてＣＰＵ１１は、濃度値別に画素数をカウントした濃度ヒストグラムを作成する（ＳＴ２：濃度ヒストグラム作成手段）。またＣＰＵ１１は、全画素について求めた濃度の平均値Avgを、次の（１）式により算出する（ＳＴ３：濃度平均値算出手段）。なお、（１）式において、Ｎは全画素数であり、Ｉ（ｉ）は濃度値である。算出された濃度平均値Avgは、濃度平均値メモリ３２で記憶する。
【数１】
0005555672.tif 000002
【００１８】
次に、ＣＰＵ１１は、ステップＳＴ２の処理で作成した濃度ヒストグラムに対して濃度補正を行う（ＳＴ４）。濃度補正は、ステップＳＴ３の処理で算出された多値画像の濃度平均値Avgが、当該多値画像を構成する各画素の濃度中央値となるように補正する。このような補正には、ガンマ補正を用いる。
【００１９】
本実施形態では、多値画像が２５６階調（濃度値：０〜２５５）の場合のガンマ補正について説明する。先ず、ＣＰＵ１１は、ガンマ補正の濃度変換パラメータである変数係数γを、次の（２）により算出する（パラメータ取得手段）。
【数２】
0005555672.tif 000003
【００２０】
次に、ＣＰＵ１１は、この変数係数γを用いて、次の（３）式により濃度ヒストグラムの各濃度値を補正する（濃度値補正手段）。なお、（３）式において、Ｉｎは補正前の濃度値であり、Ｏｕｔは補正後の濃度値である。
【数３】
0005555672.tif 000004
【００２１】
こうして、上記（３）式によるガンマ補正により濃度ヒストグラムの各濃度値が補正後の濃度値に変換されたならば、ＣＰＵ１１は、この濃度値補正後の濃度ヒストグラムから仮のしきい値を選定する（ＳＴ５：仮しきい値選定手段）。選定された仮のしきい値は、仮しきい値メモリ３３で記憶する。
【００２２】
仮のしきい値の選定には、多値画像における対象領域の濃度値と背景の濃度値とがともに正規分布に従うと仮定して、尤度を最大とするようなしきい値を選定する最大尤度しきい値選定法を用いる。具体的には、各クラスの分布が平均は異なるが同じ分散を持つと仮定して、条件付分布の尤度を最大とするような閾値を選定する大津のしきい値選定法を採用する。
【００２３】
仮しきい値メモリ３３のしきい値は、ガンマ補正によって濃度値が補正された濃度ヒストグラムから求めた値である。このため、補正前の濃度値の各画素からなる多値画像を二値化するためのしきい値には適用できない。そこでＣＰＵ１１は、仮のしきい値に対して濃度補正の逆補正を実行して、二値化しきい値を求める（ＳＴ６：しきい値決定手段）。このような逆補正には、次の（４）式による逆ガンマ補正を用いる。
【数４】
0005555672.tif 000005
【００２４】
求められたしきい値は、しきい値メモリ３４で記憶する（ＳＴ７）。しかる後、ＣＰＵ１１は、しきい値メモリ３４のしきい値を用いて、画像メモリ３１に展開された多値画像を二値化する（ＳＴ８）。そしてＣＰＵ１１は、この二値化により得られた二値画像を、通信インターフェース１５を介してＰＯＳ端末に出力する（ＳＴ９）。
【００２５】
図４は、カメラ２１によって撮像された二次元データコードのオリジナル画像４０の一例である。画像処理装置１は、この画像４０における各画素の濃度値から濃度ヒストグラムを作成する。この画像４０は、背景の白色がグレーになった多値画像である。このため、濃度ヒストグラムは、図７に示すようになる。図７において、濃度値が９から３３あたりまでの山は、対象領域である黒の濃淡値の分散である。濃度値が１２９から１９３あたりまでの山は、背景領域である白の濃淡値の分散である。
【００２６】
このように、対象領域の濃淡値の分散と背景の濃淡値の分散が極端に異なる濃度ヒストグラムを用いて、大津のしきい値選定法により二値化しきい値を選定すると、図７に示すしきい値ＳＨ１となる。そして、このしきい値ＳＨ１を用いてオリジナル画像４０を二値化すると、得られる二値画像５０は、図５に示すように不鮮明なものとなる。すなわち、しきい値ＳＨ１は、不適切な値である。
【００２７】
本実施形態では、画像処理装置１は、多値のオリジナル画像４０の濃度ヒストグラムを作成するとともに、オリジナル画像４０における各画素の濃度平均値を算出する。さらに、画像処理装置１は、濃度平均値を各画素の濃度中央値に変換するための濃度変換パラメータとして変換係数γを求める。そして、この変換係数γに基づいて濃度ヒストグラムの濃度値を補正する。しかる後、画像処理装置１は、濃度値が補正された濃度ヒストグラムから、大津のしきい値選定法により仮のしきい値ＳＨ２を選定する。仮のしきい値ＳＨ２は、図８に示すようになる。
【００２８】
次いで、画像処理装置１は、仮のしきい値ＳＨ２を、前記変換係数γに基づいて逆補正して、二値化しきい値ＳＨ３を求める。二値化しきい値ＳＨ３は、図７に示すようになる。この二値化しきい値ＳＨ３を用いて二値化された二値画像６０は、図６に示すように対象領域と背景領域との識別が良好なものとなる。
【００２９】
このように本実施形態によれば、対象領域の濃淡値の分散と背景の濃淡値の分散が極端に異なる場合でも、多値画像であるオリジナル画像４０を二値画像６０に変換するための適切な二値化しきい値ＳＨ３を得られる。このような効果は、対象領域の画素数と背景領域との画像数とが極端に異なる場合においても奏し得る。
【００３０】
以下、その他の実施形態について説明する。  
例えば、前記実施形態では、多値画像が入力されると、先に濃度ヒストグラムを作成し、その後に濃度平均値Avgを算出したが、先に濃度平均値Avgを算出し、後から濃度ヒストグラムを作成してもよい。
【００３１】
また、前記実施形態では、（１）式によって濃度平均値Avgを算出したが、濃度ヒストグラムから濃度平均値Avgを算出することも可能である。
【００３２】
また、前記実施形態では、濃度ヒストグラムの濃度補正にガンマ補正を用いたが、ガンマ補正と同等の効果を示す濃度変換法を用いてもよい。例えば、図９に示すような濃度補正テーブル７０を用いて、濃度ヒストグラムの濃度値を補正してもよい。
【００３３】
濃度補正テーブル７０において、縦軸は濃度平均値であり、横軸が補正前の濃度値である。例えば濃度平均値が“１００”に対しては、濃度値“０”〜“２５５”の変換後濃度値として“０，４，７，９，…，１２７，…，２５３，２５４，２５５”が設定されている。ここで、濃度平均値が“１００”のとき、補正前の濃度値“１００”が、画素の濃度中央値“１２７”に補正されるのが、このテーブル７０の特徴である。つまり、変換後濃度値“０，４，７，９，…，１２７，…，２５３，２５４，２５５”は、濃度平均値が“１００”に対する濃度変換パラメータとして定義される。
【００３４】
因みに、逆濃度補正は、濃度平均値が“１００”のときの変換後濃度値“０，４，７，９，…，１２７，…，２５３，２５４，２５５”で、補正後の濃度ヒストグラムから選定された仮のしきい値の濃度値に対応する補正前濃度の値を二値化しきい値とする。
【００３５】
なお、前記実施形態は、装置内部のＲＯＭ１３に発明の機能を実現させるプログラムが予め記録されているものとした。しかしこれに限らず、同様のプログラムがネットワークから装置にダウンロードされてもよい。あるいは、記録媒体に記録された同様のプログラムが、装置にインストールされてもよい。記録媒体は、ＣＤ−ＲＯＭ，メモリカード等のようにプログラムを記憶でき、かつ装置が読み取り可能であれば、その形態は問わない。また、プログラムのインストールやダウンロードにより得る機能は、装置内部のＯＳ（オペレーティング・システム）等と協働してその機能を実現させるものであってもよい。
【００３６】
この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１…画像処理装置、１１…ＣＰＵ、１３…ＲＯＭ、１４…ＲＡＭ、１５…通信インターフェース、２１…カメラ、２２…光源、２３…ブザー、３１…画像メモリ、７０…濃度変換テーブル。
【図１】
0005555672.tif 000007
【図２】
0005555672.tif 000008
【図３】
0005555672.tif 000009
【図４】
0005555672.tif 000010
【図５】
0005555672.tif 000011
【図６】
0005555672.tif 000012
【図７】
0005555672.tif 000013
【図８】
0005555672.tif 000014
【図９】
0005555672.tif 000015