(57)【要約】【課題】入力画像に対して一律に二値化処理を行っても、中間調の文字線画をかすれやつぶれを起こすことなく二値画像に変換でき、特に低コントラストの文字線画部分における情報の欠落を抑えた二値画像を得ることができる画像処理装置及び画像処理プログラムを提供する。【解決手段】二値化部１は、注目画素を含む局所領域の濃度値の平均値を閾値として注目画素の濃度を二値化する。このときの平均値と注目画素の濃度との差分を差算出部２で算出する。この差分を周囲の画素に分配する際の伝播率を、差分に応じて伝播率算出部３で算出し、得られた伝播率を用いて誤差分配部４で差分を注目画素の周囲の画素へ分配する。二値化部１では、周囲の画素から差分が分配された値を濃度値に加算した上で、平均値（閾値）で二値化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像の各画素を順に注目画素として該注目画素を含む局所領域の画素濃度の平均値を閾値として前記注目画素を二値化する二値化手段と、前記平均値と前記注目画素の濃度値の差を算出する差算出手段と、前記濃度値の差を伝播率に従って前記注目画素の周辺画素に分配する分配手段を有し、前記二値化手段は、前記注目画素の画素濃度に周囲の画素から分配される値を加算して前記閾値との比較を行い前記注目画素を二値化することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
さらに、前記濃度値の差に応じて伝播率を算出する伝播率算出手段を有し、前記分配手段は、前記伝播率算出手段で算出された伝播率に従って前記注目画素の周辺画素に分配することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記伝播率算出手段は、前記濃度値の差とともに、前記局所領域の画素濃度の最大値と最小値の差、前記局所領域の画素濃度の分散値、エッジ強度の少なくとも１つに応じて前記伝播率を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
コンピュータに、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像処理装置の機能を実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置及び画像処理プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像処理の一つとして、多値の画像を二値の画像に変換する二値化処理がある。例えば原稿を電子保存する際、データ容量を削減するため二値化処理を行い、二値画像として保存したり、例えばプリンタなどにおいて画像を形成する際にもスクリーン処理などと呼ばれる二値化処理が行われるなど、様々な用途で二値化処理が利用されている。
【０００３】
代表的な二値化処理としては、固定閾値法、誤差拡散法、浮動二値化法などがある。固定閾値法は、一定の閾値で画像全体を二値化するものである。簡単な処理であるので、文字画像のようにもともと２色の画像などでは有効な方法である。しかし、中間調画像では全体が一方の値で塗りつぶされてしまい、内容が判読できなくなる場合がある。
【０００４】
誤差拡散法は、画素毎に一定の閾値と比較して二値化するが、閾値と画素の濃度値との差を周囲の画素に伝播させ、二値化の際には周囲の画素からの伝播を含めた値と閾値との比較により二値化するものである。中間調もドットの粗密により再現されるため、写真、あるいは写真を含む画像などの二値化に適している。しかし、線画などもドットの粗密により表現されるためエッジが保存されず、ぼけた再現となる。また、背景部分もドットが散在するため圧縮率が低くなる。
【０００５】
さらに浮動二値化法は、処理対象の画素を含む所定の領域内の画素の濃度値の平均値を閾値として用い、処理対象の画素を二値化するものである。例えば線画のエッジを良好に再現することができる。しかし、線画の濃度が背景の濃度と近いと、かすれることがある。
【０００６】
このように、従来の二値化処理の各方法には、それぞれ適した処理対象が存在する。そのため、例えば特許文献１では、入力された画像について文字領域、写真領域、網点領域などの各領域を判定し、その判定結果に従って二値化処理を切り替えることも行われている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１００９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、入力画像に対して一律に二値化処理を行っても、中間調の文字線画をかすれやつぶれを起こすことなく二値画像に変換でき、特に低コントラストの文字線画部分における情報の欠落を抑えた二値画像を得ることができる画像処理装置及び画像処理プログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願請求項１に記載の発明は、入力画像の各画素を順に注目画素として該注目画素を含む局所領域の画素濃度の平均値を閾値として前記注目画素を二値化する二値化手段と、前記平均値と前記注目画素の濃度値の差を算出する差算出手段と、前記濃度値の差を伝播率に従って前記注目画素の周辺画素に分配する分配手段を有し、前記二値化手段は、前記注目画素の画素濃度に周囲の画素から分配される値を加算して前記閾値との比較を行い前記注目画素を二値化することを特徴とする画像処理装置である。
【００１０】
本願請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置の構成に加え、さらに前記濃度値の差に応じて伝播率を算出する伝播率算出手段を有し、前記分配手段は、前記伝播率算出手段で算出された伝播率に従って前記注目画素の周辺画素に分配することを特徴とする画像処理装置である。
【００１１】
本願請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像処理装置の構成における前記伝播率算出手段が、前記濃度値の差とともに、前記局所領域の画素濃度の最大値と最小値の差、前記局所領域の画素濃度の分散値、エッジ強度の少なくとも１つに応じて前記伝播率を算出することを特徴とする画像処理装置である。
【００１２】
本願請求項４に記載の発明は、コンピュータに、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像処理装置の機能を実行させることを特徴とする画像処理プログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
本願請求項１に記載の発明によれば、本発明の構成を有していない場合に比較して、入力画像に対して一律に処理を行うだけで、中間調画像や文字線画画像のかすれやつぶれを防ぎ、特に低コントラストの文字線画部分における情報の欠落を抑えた二値画像を得ることができるという効果がある。
【００１４】
本願請求項２に記載の発明によれば、本願請求項１に記載の発明の効果に加え、濃淡が少ない平坦部分や大きな濃淡の変化があるエッジ部分での誤差分配の影響を抑え、平坦部でのドットの混入を防止し、またエッジを保存することができる。
【００１５】
本願請求項３に記載の発明によれば、本願請求項２に記載の発明の効果をさらに発揮させることができる。
【００１６】
本願請求項４に記載の発明によれば、本願請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発明の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の一形態を示すブロック図である。図中、１は二値化部、２は差算出部、３は伝播率算出部、４は誤差分配部である。二値化部１は、入力画像の各画素を順に注目画素として、その注目画素を含む局所領域の画素濃度の平均値を閾値として注目画素を二値化する。このとき、後述する誤差分配部４から渡される、注目画素の周囲の画素から分配される値を注目画素の画素濃度に加算し、得られた加算値と閾値との比較を行い、注目画素を二値化する。
【００１８】
差算出部２は、二値化部１で閾値として用いた局所領域の画素濃度の平均値と、注目画素の濃度値との差を算出する。
【００１９】
伝播率算出部３は、差算出部２で算出された濃度値の差に応じて、伝播率を算出する。伝播率の算出の際には、さらに、局所領域の画素濃度の最大値と最小値の差、前記局所領域の画素濃度の分散値、エッジ強度等も考慮して周囲の画素への伝播率を算出することができる。なお、伝播率として固定値を用いる場合には、この伝播率算出部３を設けずに構成することもできる。
【００２０】
誤差分配部４は、差算出部２で算出した濃度値の差を、伝播率算出部３で算出した伝播率あるいは固定の伝播率に従って、注目画素の周辺画素に分配する。分配された値は、分配を受けた周辺画素が注目画素となったときに、二値化部１で当該注目画素の濃度値に加算される。
【００２１】
図２は、本発明の実施の一形態における動作の一例を示すフローチャートである。Ｓ１１において、入力画像中の１つの画素を注目画素として設定する。二値化部１は、Ｓ１２において、Ｓ１１で設定された注目画素を含む所定の大きさの局所領域について、その局所領域に含まれる画素の濃度値を参照し、Ｓ１３において、それらの濃度値の平均値を算出する。そして、Ｓ１４においてＳ１３で算出した平均値を閾値として、注目画素の濃度値を二値化し、その結果を注目画素の値として出力する。
【００２２】
Ｓ１５において、差算出部２はＳ１３で求めた平均値と、注目画素の濃度値の差を算出する。算出した濃度値の差を用い、Ｓ１６において伝播率算出部３は注目画素の周囲の画素へ濃度値の差を分配するための伝播率を算出する。Ｓ１７において、誤差分配部４はＳ１５で算出した濃度値の差を、Ｓ１６で算出した伝播率に従って、注目画素の周囲の画素へ分配する。
【００２３】
Ｓ１８において、入力画像の最後まで処理を終えたか否かを判断し、未処理の画素が残っていればＳ１１へ戻って新たな画素を注目画素として処理を繰り返す。入力画像のすべての画素について処理を行うことによって、各画素が二値化された二値画像を得ることができる。
【００２４】
上述の本発明の実施の一形態における構成及び動作の一例について、さらに具体例を用いながら説明してゆく。図３は、二値化部の基本的な処理の一例の説明図である。ここでは一例として、注目画素を中心とする３×３画素を局所領域としている。図３（Ａ）に示す例では、中心の画素が注目画素であり、濃度値は３０である。周囲の画素はそれぞれ濃度値５０を有している。この場合、この３×３画素の濃度値の平均値は４８であるので、この平均値４８を閾値として用いる。
【００２５】
そして、注目画素の濃度値と閾値とを比較して、二値のいずれかの値を決定する。２つの値としてどのような値をとるかは任意であるが、ここでは閾値以下の場合に０、閾値より大きい場合に１の値をとるものとする。この例では注目画素の濃度値は３０であるので、閾値４８より小さい。従ってこの場合には注目画素の二値化処理の結果は０となる。図３（Ｂ）では、二値化処理の結果が０の場合に黒く、１の場合に白く示している。以下の二値化処理の結果の例において同じである。
【００２６】
ここでは図３（Ａ）に示した各画素の濃度値を二値化する場合について説明したが、注目画素の濃度値には誤差分配部４により周囲の画素から分配された値を加算した上で閾値と比較し、二値化する。周囲の画素からの値の分配は誤差分配部４により行われるので、次に誤差分配部４についての説明を行う。
【００２７】
二値化の際に局所領域の濃度値の平均値と注目画素の濃度値とを比較したが、このときの差分（誤差）を誤差分配部４により周囲の画素へ分配する。図４は、差分の分配の一例の説明図である。周囲の画素へ差分を分配する方法として、例えば上下左右の画素へ分配したり、あるいは図４（Ａ）に示すように上下左右とともに斜め方向の画素にも分配することが考えられる。
【００２８】
あるいは、図４（Ｂ）に矢線で示す画素へ分配することも考えられる。この図４（Ｂ）に示す例は、例えば注目画素を画像の左上から右方向に順次変更し、１ラインの右端まで来たら１ライン下の左端から順に注目画素として処理を行ってゆく場合に有効である。すなわち、このような順序で処理を行ってゆくと、注目画素の直上のラインは既に処理済みであり、また注目画素のラインの左の画素までは処理済みとなる。そのため、これらの処理済みの画素に対しては差分の分配を行わず、未処理の画素に対して差分の分配を行う。これにより処理効率を向上させることができる。
【００２９】
例えば局所領域の各画素の濃度値が図３（Ａ）に示した状態であるとし、差分として−２０が得られたとする。この差分を、図４（Ｃ）に示すように、右下の画素に０．４、右、左下、下の画素にそれぞれ０．２ずつ分配し、各画素の濃度値に加算すると、各画素の濃度値は図４（Ｄ）に示すようになる。すなわち、右下の画素に対しては（−１８×０．４）＝−７．２となり、−８が分配されてもとの濃度値５０と加算され、４２となる。同様に右、左下、下の画素に対しては（−１８×０．２）＝−３．６となり、−４が分配されてもとの濃度値５０と加算され、４６となる。
【００３０】
図４（Ｂ）に示すような差分の分配を、注目画素を順に変更しながら行ってゆくと、１つの画素に対して、図４（Ｅ）に示すように左上、上、右上、左の各画素から差分が分配されることになる。上述の二値化部１では、このように各画素から分配された値と濃度値とを加算した値について、局所領域の濃度値の平均値と比較して二値化し、また差分を周囲の画素へ配分することになる。
【００３１】
上述の説明では、差分を分配する際の割合（伝播率）として図４（Ｃ）に示した例を用いた。この伝播率としては、例に示した値に限らず固定値を用いることもできるが、この実施の形態では伝播率算出部３により、分配する差分に応じた伝播率を算出している。
【００３２】
図５は、伝播率算出部３による伝播率算出の一例の説明図である。上述の局所領域の濃度値の平均値と、分配された値を含む注目画素の濃度値との差分は、注目画素と周囲の画素との濃度値の関係を示している。すなわち、差分が大きい場合には周囲の画素とのコントラストが大きく、二値化によりはっきりしたエッジを再現することができる。また、差分の値が０あるいは０に近い値の場合には、下地など、平坦な濃度の領域である可能性が高い。しかし、差分の値が０ではないがある程度小さい場合には、周囲の色に近いエッジである可能性がある。例えば青焼き図面のように、全体的に青みがかった背景の中に青の線が描かれている場合などがこの場合に相当する。このような部分については、従来の技術により二値化してもかすれやつぶれ等が発生し、良好な二値化結果が得られない。そのため、このような差分の値が０ではないがある程度小さいときに、差分を周囲の画素に分配し、コントラストを向上させて二値化するようにしている。
【００３３】
このように、差分の大きさによって差分を分配する必要性が異なることから、伝播率算出部３では例えば図５（Ａ）に示すような関数に従って、差分の値に対応する伝播率を算出するように構成することができる。図５（Ａ）に示す関数では、差分が０においては伝播率を０％とし、差分の絶対値がある値までは伝播率を高めてゆき、ある値を超えると伝播率を減少させている。この例では差分の絶対値がある程度大きくなると伝播率を０％としている。
【００３４】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に（イ）として示すように差分が０に近い場合の具体例を示しており、中央の注目画素の濃度値８０に対して、上、左上、左、左下の画素の濃度値が８５，それ以外の画素の濃度値が８０の場合を示している。この場合、この３×３画素の局所領域における濃度値の平均値は８２である。この平均値８２と注目画素の濃度値８０との差分は−２である。この差分−２は０に近く、注目画素は濃度の変化が少ない平坦な部分であることが推測される。そのため、図５（Ａ）に示す関数から伝播率は０、あるいは０に近い、低い伝播率とする。従って、差分が０に近い場合には、差分の分配は行わないか、あるいは分配を行ってもほとんど影響がない程度しか行われない。
【００３５】
図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に（ロ）として示すように差分の絶対値が０に近くはないが、それほど大きくない場合の具体例を示しており、中央の注目画素の濃度値８０に対して、上、左上、左、左下の画素の濃度値が１００，それ以外の画素の濃度値が８０の場合を示している。この場合、この３×３画素の局所領域における濃度値の平均値は８９である。この平均値８９と注目画素の濃度値８０との差分は−９である。この差分−９は０に近くはないが、それほど大きな差でもない。このような場合には、周囲の濃度に近いエッジが存在しているものと判断し、図５（Ａ）に示す関数から伝播率を大きく設定する。これによって、周囲の画素への差分の分配が行われる。図５（Ｃ）に示す例では、この差分の分配によって周囲の濃度値８０の画素でも閾値以下となる率を上げることができ、これによって二値化後の画像においてもエッジを保存することができる。
【００３６】
図５（Ｄ）は、図５（Ａ）に（ハ）として示すように差分の絶対値が大きい場合の具体例を示しており、中央の注目画素の濃度値１０に対して、上、左上、左、左下の画素の濃度値が１００，それ以外の画素の濃度値が１０の場合を示している。この場合、この３×３画素の局所領域における濃度値の平均値は５０である。この平均値５０と注目画素の濃度値１０との差分は−４０である。この差分−４０は大きな差であり、明確なエッジが存在する部分である。このような場合、二値化処理だけでもエッジは保存され、逆に差分を分配したことによる二値化の誤差が発生しやすくなるため、図５（Ａ）に示す関数から伝播率は０、あるいは０に近い、低い伝播率として、差分の分配は行わないか、あるいは分配を行ってもほとんど影響がない程度しか行わない。
【００３７】
このように、差分の値に応じた伝播率を算出し、その伝播率に従って差分を周囲の画素に分配する。特に平均値（閾値）と注目画素の濃度値の差が０ではないがそれほど大きくはない場合に伝播率を大きくして差分を周囲の画素に分配し、濃度差が小さいエッジを保存するようにしている。
【００３８】
図６は、伝播率算出部３における差分と伝播率との関係の別の例の説明図である。図５（Ａ）に示した差分と伝播率の関係は一例であって、差分が０に近い場合及び差分の絶対値が大きい場合に伝播率が小さく、その間で伝播率が大きくなるような関係であれば、どのような関係であってもよい。例えば図６に示した例では、曲線状の関数の例を示している。
【００３９】
伝播率算出部３は、差分の他にも様々な要素を考慮して伝播率を算出することができる。例えば、局所領域の画素の濃度値の最大値と最小値の差を考慮することができる。この差が大きい場合には明らかなエッジが存在することを示し、小さい場合には平坦であることを示す。従って上述の平均値と注目画素の濃度値との差分の場合と同様の関係を考慮して、伝播率を算出することができる。あるいは、差分から算出した伝播率の寄与率を、濃度値の最大値と最小値の差が小さいとき０％、大きいとき１００％として、最終的な伝播率を算出するようにしてもよい。
【００４０】
そのほか、局所領域内の画素の濃度値の分散値を考慮することもできる。分散値が大きければ明らかなエッジの存在が推定され、小さければ平坦であると推定できる。この分散値を用い、上述の濃度値の最大値と最小値の差を用いる場合と同様にして伝播率を算出することができる。
【００４１】
さらに、エッジの有無を示す尺度としてエッジ強度を利用することもできる。例えばエッジ強度が０％〜２５％及び８６％〜１００％では伝播率が０または０に近くなるようにし、その間では伝播率が大きくなるように、伝播率を算出することができる。
【００４２】
図７は、本発明の画像処理装置の機能をコンピュータプログラムで実現した場合におけるコンピュータプログラム及びそのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体とコンピュータの一例の説明図である。図中、２１はプログラム、２２はコンピュータ、３１は光磁気ディスク、３２は光ディスク、３３は磁気ディスク、３４はメモリ、４１はＣＰＵ、４２は内部メモリ、４３は読取部、４４はハードディスク、４５，４６はインタフェース、４７は通信部である。
【００４３】
上述の実施の形態で説明した本発明の画像処理装置の各部の機能の一部または全部を、コンピュータにより実行可能なプログラム２１によって実現することが可能である。その場合、そのプログラム２１およびそのプログラムが用いるデータなどは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶することも可能である。記憶媒体とは、コンピュータのハードウェア資源に備えられている読取部４３に対して、プログラムの記述内容に応じて、磁気、光、電気等のエネルギーの変化状態を引き起こして、それに対応する信号の形式で、読取部４３にプログラムの記述内容を伝達できるものである。例えば、光磁気ディスク３１、光ディスク３２（ＣＤやＤＶＤなどを含む）、磁気ディスク３３、メモリ３４（ＩＣカード、メモリカードなどを含む）等である。もちろんこれらの記憶媒体は、可搬型に限られるものではない。
【００４４】
これらの記憶媒体にプログラム２１を格納しておき、例えばコンピュータ２２の読取部４３あるいはインタフェース４５にこれらの記憶媒体を装着することによって、コンピュータからプログラム２１を読み出し、内部メモリ４２またはハードディスク４４に記憶し、ＣＰＵ４１によってプログラム２１を実行することによって、本発明の画像処理装置の機能を実現することができる。あるいは、ネットワークなどを介してプログラム２１をコンピュータ２２に転送し、コンピュータ２２では通信部４７でプログラム２１を受信して内部メモリ４２またはハードディスク４４に記憶し、ＣＰＵ４１によってプログラム２１を実行することによって、本発明の画像処理装置の機能を実現してもよい。なお、コンピュータ２２には、このほかインタフェース４６を介して様々な装置と接続することができ、例えば情報を表示する表示装置やユーザが情報を入力する入力装置等も接続されている。
【００４５】
もちろん、一部の機能についてハードウェアによって構成することもできるし、すべてをハードウェアで構成してもよい。あるいは、他の構成とともに本発明も含めたプログラムとして構成することも可能である。例えば複写機などの画像読取装置や画像形成装置を含む装置において制御プログラムとともに１つのプログラムとして構成し、画像読取装置で読み取られた画像に対して二値化の処理を行うように構成することもできる。もちろん、他の用途に適用する場合には、その用途におけるプログラムとの一体化も可能である。なお、コンピュータ２２が画像読取装置または画像形成装置のいずれかあるいは双方を有する構成、あるいは他の構成を有していてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の一形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の一形態における動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】二値化部の基本的な処理の一例の説明図である。
【図４】差分の分配の一例の説明図である。
【図５】伝播率算出部３による伝播率算出の一例の説明図である。
【図６】伝播率算出部３における差分と伝播率との関係の別の例の説明図である。
【図７】本発明の画像処理装置の機能をコンピュータプログラムで実現した場合におけるコンピュータプログラム及びそのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体とコンピュータの一例の説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…二値化部、２…差算出部、３…伝播率算出部、４…誤差分配部、２１…プログラム、２２…コンピュータ、３１…光磁気ディスク、３２…光ディスク、３３…磁気ディスク、３４…メモリ、４１…ＣＰＵ、４２…内部メモリ、４３…読取部、４４…ハードディスク、４５，４６…インタフェース、４７…通信部。
【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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【図７】
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