(57)【要約】【課題】画像データに対して単純二値化処理を行う場合でも、エッジ検出を併用して二値化する処理を行う場合でも、明るさの異なる領域の境界に明確な画像の輪郭が形成されず、二値画像が見づらくなってしまう場合がある。【解決手段】エッジ検出結果と二値化結果から、注目画素が非エッジ画素であり、隣接画素が白画素のエッジ画素であると判定した場合、注目画素を白画素のエッジ画素に変更する画像処理を行う。これを繰り返し行うことで、画像の輪郭を任意の太さにできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段から入力された多値画像のエッジ検出を行うエッジ検出手段と、
前記多値画像の二値化処理を行う二値化処理手段を有し、
注目画素が前記エッジ検出手段のエッジ検出結果にて非エッジ画素とされ、かつ該注目画素の隣接画素が前記エッジ検出結果にてエッジ画素とされ、前記二値化処理手段の二値化結果にて白画素とされた場合は、前記注目画素をエッジ画素とするよう前記エッジ検出結果を変更し、前記注目画素を白画素とするよう前記二値化結果を変更することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
画像を入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段から入力された多値画像のエッジ検出を行うエッジ検出手段と、
前記多値画像の二値化処理を行う二値化処理手段を有し、
注目画素が前記エッジ検出手段のエッジ検出結果にて非エッジ画素とされ、前記二値化処理手段の二値化結果にて黒画素とされ、かつ該注目画素の隣接画素が前記エッジ検出結果にてエッジ画素とされ、前記二値化結果にて白画素とされた場合は、前記注目画素をエッジ画素とするよう前記エッジ検出結果を変更し、前記注目画素を白画素とするよう前記二値化結果を変更することを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
前記画像入力手段から前記多値画像を入力するごとに、前記エッジ検出結果と前記二値化結果に応じて、前記エッジ検出結果の変更と、前記二値化結果の変更とを実行する処理を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１または２記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記エッジ検出結果の変更と、前記二値化結果の変更とを繰り返し行う繰り返し回数を、前記画像入力手段から入力される前記多値画像の解像度に応じて変更することを特徴とする請求項３記載の画像処理装置。
【請求項５】
画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段から入力された多値画像のエッジ検出を行うエッジ検出手段と、前記画像入力手段から入力された多値画像の二値化処理を行う二値化処理手段を有する画像処理装置の画像処理方法であって、
注目画素が前記エッジ検出手段のエッジ検出結果にて非エッジ画素とされ、かつ該注目画素の隣接画素が前記エッジ検出結果にてエッジ画素とされ、前記二値化処理手段の二値化結果にて白画素とされている場合は、前記注目画素をエッジ画素とする前記エッジ検出結果の変更と、前記注目画素を白画素とする前記二値化結果の変更とを行う工程を含むことを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル多値画像の画像情報を入力し、多値画像に対して二値化処理を行う画像処理装置および画像処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像データに対して行われる処理のひとつとして、多値濃度を持つ画像データの各画素を白画素または黒画素の２種類に変換する二値化処理がある。最も一般的な二値化処理は単純二値化処理で、固定しきい値を使用して二値化を行う。しかし、この単純二値化処理を行うと、例えば図４のように高輝度の（明度の高い）背景４ａの中に中間的な輝度の画像４ｂがあり、さらにその中に低輝度画像４ｃが存在する場合、固定しきい値を使用して二値化を行う単純二値化を適用すると、以下のような不具合が生じる。
【０００３】
単純二値化の結果は、例えば高輝度の背景部分４ａが図５（ａ）のように白色部５ａに、中間的な輝度の部分４ｂと低輝度の部分４ｃが黒色部５ｂに二値化される。その結果、中間的な輝度の部分４ｂと低輝度の部分４ｃの区別がつかなくなってしまう。または、高輝度の背景部分４ａと中間的な輝度の部分が図５（ｂ）のように白色部５ｃに、低輝度の部分が黒色部５ｄに二値化され、中間的な輝度の部分４ｂの画像が見えなくなってしまうという不都合が生じてしまう。
【０００４】
これに対して、例えば特許文献１に開示された処理は、画像からエッジを検出する処理を行い、検出したエッジの近傍の部分に対してはそのエッジ部分の画素の輝度から個別に算出したしきい値を適用する二値化処理となっている。この場合、エッジ近傍の比較的暗い画素は黒、比較的明るい画素は白に二値化される。このような二値化処理を適用することによって、図４の画像を二値化すると、図６（ａ）のように外側の画像も内側の画像も認識可能な二値画像を得ることが可能となる。
【０００５】
ここで、高輝度の背景部分４ａの二値化結果である６ａ、輝度が中程度の部分４ｂの二値化結果である６ｂ、低輝度の部分４ｃの二値化結果である６ｄは図５ａの単純二値化結果（１）と同じだが、エッジ検出に基づく二値化を行うことにより、エッジ部近傍は二値化結果では白画素の輪郭６ｃとして出力される。これは、中程度の輝度の部分と低輝度の部分のうち、エッジ近傍の画素のエッジ内側は比較的低輝度の画素であるため黒に、エッジ外側は比較的高輝度の画素であるため白に二値化されるためである。このようにエッジ近傍の画素の一部が白に二値化されるような処理を行うことで、中間的な輝度の部分の内側に低輝度画像があっても、その輪郭が判別できるように二値化を行うことが可能となる。
【０００６】
しかし、このような二値化処理を比較的に高い解像度の画像に適用すると、図６（ｂ）に示すように、二値化結果として得られる白画素の輪郭６ｇが、低い解像度の画像に適用した場合に比べて細くなってしまう。縮小表示にするとさらに白画素の輪郭６ｇが細くなってしまい、白画素の輪郭６ｇによる内外の境界部を認識することが難しくなってしまう。
【０００７】
この課題に対して、特許文献２のように、エッジ近傍の注目画素と隣接画素の濃度差を比較し、その差が所定値以上の場合は黒画素と、所定値以下の場合は白画素と仮に判断し、各隣接画素との比較による仮の判断結果が黒画素のみの場合は注目画素を黒画素に、各隣接画素との比較による仮の判断結果が白画素のみの場合は注目画素を白画素と判断し、各隣接画素との比較による仮の判断結果に黒画素と白画素の両方が存在する場合はあらかじめ設定された内容に従って注目画素の二値化結果を出力するといった画像処理がある。このような画像処理では、白画素の輪郭６ｇの太さをある程度調整することが可能だが、調節可能な幅は１画素か２画素程度の幅であり、十分な効果があるとは言いがたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２３３８７８号公報
【特許文献２】特開平５−１３０４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上説明したように、例えば中間的な輝度を持つ画像の内側に、さらに輝度が低い画像が存在するような二値化の難しい画像では、単純二値化を行うとそれらの境界部が見えなくなってしまう。また、解像度の高い画像等にエッジ検出を利用した二値化方法を適用すると、白画素で表す画像の輪郭が細くなり境界部を認識することが困難となる。このように、さまざまな画像において、輝度の異なる画像の部分を的確に区別できる二値画像を得ることが可能な二値化方法はなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像処理装置は、前記課題を解決するために発明されたものであり、画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段から入力された多値画像のエッジ検出を行うエッジ検出手段と、前記多値画像の二値化処理を行う二値化処理手段を有し、注目画素が前記エッジ検出手段のエッジ検出結果にて非エッジ画素とされ、前記二値化処理手段の二値化結果にて黒画素とされ、かつ該注目画素の隣接画素が前記エッジ検出結果にてエッジ画素とされ、前記二値化結果にて白画素とされた場合は、前記注目画素をエッジ画素とするよう前記エッジ検出結果を変更し、前記注目画素を白画素とするよう前記二値化結果を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の画像処理を行うことにより、視認性が高い二値画像を得ることが可能となる。また、本発明の画像処理を繰り返し行う場合は、画像の輪郭を任意の太さに変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例を説明するフローチャートである。
【図２】本発明の第２実施例を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の画像処理の一例を説明する図である。
【図４】二値化処理を適用する画像の一例を示す図である。
【図５】通常の二値化処理の結果を示す図である。
【図６】エッジ検出を利用した二値化処理の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に例示する本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。各実施の形態において、多値画像を入力する画像入力手段は、各種インターフェースを介して他の装置から多値画像を取得する入力回路であってもよく、また画像読取センサを有し原稿等から多値画像を取得する画像読取ユニット等であってもよい。
【実施例１】
【００１４】
本発明の第１の実施例について、図１のフローチャートを用いて詳細に説明する。 以下、ある画像領域の周囲にあるエッジ近傍にある白画素の集まりを白エッジ、エッジ近傍にある黒画素の集まりを黒エッジと呼ぶ。
【００１５】
本発明の処理は、エッジ検出結果と二値化結果を利用するため、入力手段により入力された多値画像に対して、本処理の前の工程でのエッジ検出と二値化の処理（ステップＳ１０１）が終了してから本処理が開始される。ステップＳ１０２では、注目画素が本処理により白エッジ画素に変更すべき画素かどうか最初の判断として、注目画素が非エッジ画素かどうかの判断を行っている。
【００１６】
次にステップＳ１０３では、白エッジ画素に変更すべき画素かどうかの二番目の判断として、隣接画素に白エッジ画素があるかどうかを判断している。この二つの判断の少なくとも一方がＮＯである場合は、注目画素は処理対象でないと判断し、注目画素の白エッジ画素への変更は行わずステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の判断が両方ともＹＥＳである場合は、注目画素は隣接画素に白エッジ画素のある非エッジ画素（白画素または黒画素）であるため、この注目画素をステップＳ１０４にて白エッジ画素に変更することで、注目画素が黒画素であれば白色部は太くなる。
【００１７】
このように新しく白エッジ画素に変えられた画素が白エッジに追加されるので、白エッジは本来のエッジから遠ざかる方向に白色の画素が追加されて太くなる。ステップＳ１０５で１枚の画像の全画素に対して行ったか判断し、まだ未処理の画素がある場合はステップＳ１０６で注目画素を次の画素に変更してから、再び同じ処理を行う。１枚の画像の全画素に対して処理が終わった場合は、ステップＳ１０７で所望の太さにするために必要な回数行ったかどうかを判断する。
【００１８】
この処理を一度行うたびに白エッジ画素が追加される。追加された白エッジ画素に隣接する画素が非エッジ画素であれば、この処理をもう一度行うことにより非エッジ画素を白エッジ画素に変更できる。このように、この処理を複数回繰り返すことにより、繰り返した回数に応じて白エッジの太さを拡張することが可能となっているため、解像度のより高い画像に対して本処理を行う場合は、繰り返しの回数をより多くするようにする。ステップＳ１０７は、この繰り返しについての判断であり、まだ必要な回数に達していない場合は、画像の先頭から再び処理を行うようにステップＳ１０８で注目画素を画像の先頭に戻す。必要な回数だけ本処理を行った場合は、本処理を終了する。
【実施例２】
【００１９】
図２は本発明の第２の実施例を説明するフローチャートである。ステップＳ２０２で注目画素が非エッジ画素かつ黒画素か否かを最初の判断としており、他は第１の実施例と全く同じ処理となっている。すなわち、隣接画素に白エッジ画素のある、エッジ画素でない黒画素のみを白エッジ画素に変更している。表現を変えると、拡張したい白エッジに隣接している黒画素が非エッジ画素である場合に白エッジ画素に変更することで、白エッジの太さの拡張を実現している。その他は、図１の場合と同様となる。
〔エッジ検出結果を変更する処理〕
【００２０】
次に、図３を用いて上述の実施例１と実施例２を適用した場合の、実際の濃度およびエッジ検出結果を使用して説明する。図３において、上のグラフは横軸が各画素の位置を、縦軸は濃度を示し、左から高⇒中⇒低⇒中⇒高と３段階の輝度変化を持つ１次元画像データを示している。この画像データに対して、周知の技術であるエッジ検出を行うと（３ａ）の斜線部で示す部分のように、輝度の変化した位置に近接した画素がエッジ画素として検出される。
【００２１】
このエッジ検出結果を元に、エッジ画素以外の部分は高輝度部と中程度の輝度の部分の間にしきい値を設定して二値化を行い、対となっているエッジ画素については高輝度側を白画素、低輝度側を黒画素とする二値化処理を行い、二値化結果は（３ｂ）のようになる。
【００２２】
以下実施例１で説明した方法について説明する。エッジ検出結果の（３ａ）においてエッジ画素でない画素は、斜線なしで表現されているので、図３の（３ｃ）においては斜線部の画素となる。同様にエッジ画素かつ白画素である画素は、（３ａ）では斜線部で表現され、かつ（３ｂ）では斜線なしで表現された画素であるため、（３ｄ）の斜線部の画素が該当する。ここで図３の（３ｃ）、（３ｄ）から、非エッジ画素であり、かつ隣接画素が白エッジ画素である画素は、（３ｅ）の斜線部の画素が該当する。
【００２３】
この図３を用いた説明では、１次元画像のため横方向の隣接画素のみについて、その種別を調べているが、実際の画像は２次元画像であるため、縦方向や、必要に応じて斜め方向の隣接画素についても確認を行うことが好適である。この（３ｅ）の画素を白エッジ画素に変更するエッジ検出結果の変更を行うと、エッジ部を表す（３ａ）は（３ｆ）に、二値化結果の（３ｂ）は（３ｇ）に変更される。これらを見比べると、白エッジ部分の幅が１画素分広げられたことが分かる。
【００２４】
同様に、実施例２で説明した方法を用いる場合には、このエッジ検出結果の（３ａ）と二値化結果の（３ｂ）を元に、エッジ画素でない黒画素（３ｃ’）であり、かつ隣接画素が白エッジ画素（３ｄ）となる画素を探すと、（３ｈ）の斜線部で示した画素となる。この画素をエッジかつ白画素に変更すると、エッジ画素（３ａ）は（３ｉ）に、二値化結果（３ｂ）は（３ｊ）に変更される。やはり、白エッジ部分の幅が１画素分広がったことが分かる。実施例１で説明した方法と同様に、実際の画像は２次元画像であるため、縦方向や、必要に応じて斜め方向の隣接画素についても確認を行うことが好適である。以上の処理を全画素に対して行うことで、二値画像中の白エッジの太さを１画素分太くすることができる。
【００２５】
また、各実施例で説明した処理を行うことによって更新されたエッジ検出結果と二値化結果から、元の白エッジの外側に新しく白エッジを構成する画素が増えた形となっていることがわかる。したがって繰り返し各実施例で説明した処理を行うことによって、必要なだけ白エッジの幅を太くすることが可能となる。
【００２６】
上述のように、この処理を行うために必要な情報は、注目画素とそれに隣接する画素との、エッジ検出結果と二値化結果という情報で十分である。エッジか否かを１ビットの情報で表し、二値化結果も１ビットの情報で表す場合は、１画素あたり２ビットの情報があればよい。
【００２７】
また、この処理を行うときに情報の必要な画素は注目画素と注目画素に隣接する画素のみなので、例えば読み取った画像データを１ラインごとに直前のラインの情報を参照して順次処理するような場合、２ビットで２ライン分の画素の画像データを記憶できる少量のラインバッファがあればよく、ハードウェアで処理を行う装置に好適に適用でき、安価な構成の装置とすることができる。
【００２８】
また、上述したように、処理回数と同数の画素の分だけ白エッジの太さを拡張することが可能である。そのため、二値化後の白エッジの視認性の向上が求められる、例えば高解像度の画像に対して、本処理の繰り返し回数を増やすなど、各種の画像に対して適切に白エッジの太さを拡張することが可能となる。
【００２９】
例えば、解像度が１００ｄｐｉの画像に対して本処理の繰り返し回数を例えば１回とした場合、１００ｄｐｉの解像度は１ｍｍあたり約４画素なので、１／４ｍｍ分の白エッジ拡張が行われる。一方、例えば６００ｄｐｉの画像に対して本処理の繰り返し回数を６回というように、例えば解像度に比例した回数分増やすと、６００ｄｐｉの解像度は１ｍｍあたり約２４画素なので、やはり１／４ｍｍ分の白エッジ拡張となる。
【００３０】
以上のように、解像度が高い画像ほど本処理を繰り返し施す回数を多くすることにより、白エッジの太さが好適に拡張され、高解像度の二値画像におけるエッジも低解像度の二値画像におけるエッジと同様の視認性を得られるようにすることができる。なお、上述した実施形態では、白地の原稿に黒色の画像がある場合について説明したが、黒地のシートに高輝度部と中程度の輝度の部分を有する画像があるような原稿についても、本発明は適用できる。このような場合は輝度の異なる部分の境界部に、黒色の境界部を形成するとともに、黒色の境界部の太さを太くする処理を行うようにすることが好適である。
【符号の説明】
【００３１】
６ａ  高輝度の部分の二値化結果
６ｂ  輝度が中程度の部分の二値化結果
６ｃ  境界部の二値化結果
６ｄ  低輝度の部分の二値化結果
６ｅ  高輝度の部分の二値化結果
６ｆ  輝度が中程度の部分の二値化結果
６ｇ  境界部の二値化結果
６ｈ  低輝度の部分の二値化結果
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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