(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
階調イメージを連続トーン・イメージに変換する方法であって、
階調イメージを取得するステップと、
第一の段が平滑化フィルタであり、第二の段が、前記平滑化フィルタに接続されたシグマ・フィルタである２段フィルタを定義し、前記階調イメージを解析して前記平滑化フィルタのパラメータおよび前記シグマ・フィルタのしきい値を、前記平滑化フィルタにより与えられたエッジ点を中心とするウィンドウ内の局所偏差のうち統計的にエッジにかかる平滑化を避ける値の倍数として設定し、エッジにかかる平滑化を避けるようにパラメータを計算するステップと、
前記階調イメージを平滑化フィルタに入力して中間イメージを導出するステップと、
前記階調イメージと該階調イメージに対応する前記中間イメージ上を、ウィンドウを移動させ、前記ウィンドウの中心画素からしきい値の範囲内にある該ウィンドウ内の画素を選択するステップと、
前記選択するステップにおいて選択された画素に対応する前記階調イメージの画素にシグマ・フィルタを適用するステップと、
前記シグマ・フィルタから、区分単位で平滑であり、エッジが保存された連続トーン・イメージを出力するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記平滑化フィルタが低減フィルタである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記連続トーン・イメージをプリントするステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記階調イメージがカラー・イメージである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記階調イメージが濃淡イメージである、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記平滑化フィルタが等方性低減フィルタである、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記低減フィルタが複数のガウス低減フィルタを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記倍数は２である、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル・プリントおよびイメージングの分野に関し、より具体的には、デジタル化文書、たとえば本、定期刊行物および他の書き物を再現するためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル・イメージング技術の一つの重要な用途は、本および印刷物を、読み出し、保管および伝送に適した電子形態に変換する用途である。そのような用途の一例は、本印刷および出版産業を革新化する新たな技術である、ブック・オン・デマンドのプリントである。出版社は、ある本を何千部も印刷したのち、一冊ずつ保管し、配給するのではなく、そのデジタル版を作成し、望まれる正確な部数を印刷することができる。この解決方法は、在庫保管費用および本に期待される需要を予測する必要性を除くため、非常に望ましい。さらには、この技術を使用すると、本は、そのデジタル版が無期限に存続することができるため、絶版になることは決してない。
【０００３】
現在、利用可能なデジタル版が存在しない本が相当多くある。読み出しおよび保管ためには、これらの本は、スキャン・プロセスを使用してデジタル形態に変換されなければならない。プリントされる文書は通常、テキスト領域およびイメージ領域からなる。イメージ領域は、スクリーニング・プロセスを使用して連続トーンのオリジナルを階調イメージに変換することによってプリントされる。いくつかの従来のスクリーニング（または階調表現）プロセスの概説が、R.  Ulichneyの「Digital  Halftoning」  MIT  Press,  Cambridge,  Massachusetts,  1987に記載されている。
【０００４】
スキャンした階調イメージから元の連続トーン・イメージを復元するためには、デスクリーニング（または逆階調表現）として知られるプロセスが使用される。多数の従来の濃淡階調デスクリーニング技術が、たとえばJaimesらの「Segmentation  and  Automatic  Descreening  of  Scanned  Documents」  SPIE,  Volume  3648,  pages  517-518,  1999およびLuoらの「A  Robust  Technique  for  Image  De-Screening  Based  on  the  Wavelet  Transform」  IEEE  Transaction  on  Signal  Processing,  Volume  46,  No.  4,  pages  1179-1184,  1998に開示されている。
【０００５】
スキャンされた階調表現イメージがデスクリーニングなしでプリントされるならば、再現される文書の品質を落とす波紋模様が出るおそれがある。波紋模様は他のプリント・プロセス（たとえばエラー拡散階調および確率論的階調表現アルゴリズム）では現れにくいが、階調イメージを連続トーン・イメージに変換することは、将来のイメージ操作プロセス、たとえばイメージ圧縮およびスケーリングにとって望ましい。したがって、一般的な技法は、文書をテキスト領域と階調領域とに区分し、デスクリーニング技術を階調領域に適用することである。たとえば、Dunnらの「Extracting  Halftones  from  Printed  Documents  Using  Texture  Analysis」  Optical  Engineering,  Volume  36,  No.  4,  pages  1044-1052,  1997を参照。したがって、デスクリーニングは、再現される階調イメージに波紋模様が現れるのを防ぐため、望ましい。
【０００６】
最も直接的なデスクリーニング手法は、低域フィルタを階調イメージに適用する手法である。たとえば、Heinらの「Halftone  to  Continuous-Tone  Conversion  of  Error-Diffusion  Coded  Images」  IEEE  Transactions  on  Image  Processing,  Volume  4,  No.  2,  1995を参照。この手法は、スクリーニング・プロセスを使用しないエラー拡散階調表現プロセスのために設定されており、したがって、反復スクリーンによって生成されるイメージをデスクリーニングするのには適用しにくい。
【０００７】
ウェイブレットベースの手法として知られるもう一つのデスクリーニングの手法は、使用されるスクリーニング（階調表現）プロセスにかかわらず適用可能であるといわれている。しかし、ウェイブレット・アルゴリズムはダウンサンプリング・ステップおよびアップサンプリング・ステップを含むため、再構成されるイメージの画質を劣化せざるを得ない波紋模様が現れるかもしれない。ウェイブレット方法は、スクリーニング・プロセスによって生成される階調サンプルに対する試験で成功してはいない。
【０００８】
カラー階調イメージをデスクリーニングする技術は従来技術で公知である。これらの技術は通常、平滑化フィルタ、たとえばガウス・ブラーを使用して階調イメージを連続トーン・イメージに変換する。このようなフィルタリングの欠点は、ブラーがスクリーンを除くだけでなく、望ましいイメージ特性、たとえばエッジのシャープネスおよびイメージの詳細をも低下させてしまうことである。
【０００９】
これら二つの矛盾する課題を解消しようとして、従来のシステムは、異方性拡散および全変動最小化に基づく手法を用いて、区分単位で平滑な濃淡イメージを生成してきた。たとえば、Blomgrenらの「Total  Variation  Image  Restoration:  Numerical  Methods  and  Extension」  IEEE  Image  Processing,  Volume  3,  pages  384-387,  1997を参照。しかし、この手法は、多くの場合で受け入れられないことがわかった。これらを色空間に汎化する試みは、不十分な性能しか示していない。
【００１０】
より具体的には、この手法に伴う問題の一つは、イメージが、均一な色の大きな区域が出るポスタリゼーション効果を有するように写るという意味で、処理されるイメージがグラフィックスに近くなるということである。エッジ情報は保存され、増強さえされるが、視覚的画質はしばしば問題である。視覚的画質を改善するため、多くは、盲目的に適用される低域フィルタによって生成されるわずかにブラーのあるイメージを好む。
【００１１】
したがって、階調イメージをデスクリーニングする改良された方法、より具体的には、階調イメージを、エッジおよびイメージ詳細の劣化が少ない連続トーン・イメージに変換する方法の必要性がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は、実質的にいかなるタイプのカーラー・イメージをもデスクリーニングするための改良されたシステムおよび方法を提供することである。
【００１３】
本発明のもう一つの目的は、イメージを生成するために使用された階調表現プロセスにタイプに関する演繹的な知識を仮定しないシグマ・フィルタを使用するデスクリーニングによって前記目的を達成することである。
【００１４】
本発明のもう一つの目的は、階調イメージを、エッジおよびイメージ詳細の劣化が少ない連続トーン・イメージに変換するシステムおよび方法を提供することである。
【００１５】
本発明のもう一つの目的は、前記タイプのシステムおよび方法を、本、定期刊行物および他の印刷物をデジタル形態に変換するために適応させて、それにより、従来から使用されてきた比較的遅い手作業プロセスを改善することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記および他の目的は、濃淡イメージのために設計された異方性拡散アルゴリズムおよび全変動最小化技術と同様に、赤／緑／青（ＲＧＢ）色空間におけるエッジ情報を保存しながら階調ドットを平滑化するＯ（Ｎ）アルゴリズムとして実現される２段カラー・シグマ・フィルタを使用してカラー・イメージをデスクリーニングすることによって達成される。より具体的には、本発明は、低域フィルタを前記カラー・シグマ・フィルタと組み合わせ、エッジが保存された状態で区分単位で平滑に見えるデスクリーニングされたイメージを生成する。イメージを生成するために使用された階調表現プロセスに関して仮定を実施しないため、本発明のシステムおよび方法は、いかなる逆階調表現プロセスならびに濃淡およびカラー階調イメージにも適用可能である。さらには、本発明は、エッジ情報を保存しながらも階調スクリーンを除く二重の規準を満たす。階調セグメント化技術と組み合わされると、有利には、濃淡およびカラー文書のための完全な文書処理アルゴリズムを生成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、階調イメージを、従来のデスクリーニング法によって生成されるものと比較して改善された画質の連続トーン・イメージにデスクリーニングするシステムおよび方法である。本発明は、シグマ・フィルタに接続された平滑化フィルタを含む独特な２段フィルタを使用することにより、この改善された画質を達成する。
【００１８】
より具体的には、シグマ・フィルタは階調ドットから生じる不連続性を保存するため、従来のシグマ・フィルタを適用して階調イメージをデスクリーニングするだけでは望ましくないことがわかった。本発明は、その２段シグマ・フィルタを使用して、すなわち、平滑化フィルタ（たとえば低域フィルタ）をシグマ・フィルタと結合することにより、この問題を解決する。従来実施されてきたように未加工の階調イメージ値に基づいて画素を選択するのではなく、まず、低域フィルタに通したイメージｆ1（ｘ，ｙ）を生成する。次に、推定されるフィルタ・パラメータｓに基づき、低域フィルタに通したイメージｆ1（ｘ，ｙ）中の中心画素と同じクラスに属する画素を選択する。この構造により、上記問題を回避することができる。本発明は、カラー階調イメージをデスクリーニングするのに特に好適であるが、当業者は、濃淡階調イメージを本発明にしたがってデスクリーニングしてもよいことを理解することができる。
【００１９】
図１を参照すると、本発明のシステムの好ましい実施態様は、イメージ入力装置５、イメージ解析装置１０、２段フィルタ１５およびイメージ出力装置２０を含む。イメージ解析装置は、階調イメージを解析して、階調イメージを連続トーン・イメージに変換するために２段シグマ・フィルタによって使用されるパラメータを決定する。２段シグマ・フィルタは、シグマ・フィルタ１７に接続された平滑化フィルタ１６、好ましくは低域フィルタを含む。イメージ入力装置は、本発明の方法に含まれるイメージ処理ステップを容易にするため、両フィルタに接続されている。
【００２０】
本発明の方法は、その２段シグマ・フィルタ設計およびそれが実現される方法に基づいて、改善された画質の連続トーン・イメージを生成する。
【００２１】
デスクリーニング・フィルタ設計
本発明の説明を続ける前に、まず、階調デスクリーニング・プロセスによって提供される効果を論じる。濃淡階調イメージおよびカラー階調イメージの二次元フーリエ変換の大きさをそれぞれ図２および３に示す。カラー・イメージの３チャネル（赤、緑、青）の存在により、図３は、赤チャネルのみの二次元フーリエ変換を実施することによって得られる。図２では、空間周波数領域におけるスクリーニング角および局所最大値が濃淡階調イメージにとって十分に決定されていることが見てとれる。図２におけるスクリーニング角は４５度であり、これは、人の視覚系がこの角度に対してもっとも鈍いために一般に使用される。しかし、４種の異なるインク、すなわちシアン、黄、マゼンタおよび黒の重複のため、ロセット模様がカラー階調イメージ上に生まれ、ひいては三つのカラー・チャネルのすべてに現れる。したがって、図３で見られるように、空間周波数領域中で比較的傑出しないピークが等方的に分布する。
【００２２】
２段シグマ・フィルタ設計
シグマ・フィルタは、ｆ（ｘ，ｙ）＋ｎ（ｘ，ｙ）としてイメージのモデルに基づく。ｆ（ｘ，ｙ）は、クリーンなイメージ・データを表し、ｎ（ｘ，ｙ）は、そのイメージのノイズ成分に対応する。以下、シグマ・フィルタのパラメータを推定するプロセスを説明する。図４に示すように、元の階調イメージ４０１に対してｎ×ｍサイズの平滑化フィルタを使用して、中間平滑化イメージｆ1４０２を生成する。元のイメージ中の画素を処理する順序を図５に示す。図６および７に示すように、ｎ×ｍウィンドウをラスタ順で一つの画素から次の画素に動かす。具体例として、図には７×７のウィンドウが示されている。
【００２３】
今、イメージｆ1から、しきい値（δ）をδ＝２σとして推定する。本発明の一つの実施態様によると、このしきい値は、まず、イメージｆ1中のエッジ点を位置づけることによって推定される。この位置づけは、当業者には公知である演算子、たとえばCannyエッジ演算子またはSobelエッジ演算子を使用して実施することができる。次に、たとえばエッジ点の中心にあるＮ×Ｍウィンドウ、たとえば７×７ウィンドウ内で各エッジ点を取り囲む画素の色（ＲＧＢ）値に換算して局所標準偏差δｎを計算する。記号ｎにおいて、ｎはエッジ点を示す。イメージｆ1中のエッジ点ごとにこのプロセスを繰り返す。そして、すべてのエッジ点の標準偏差｛δｎ｝の順序をソートし、以下の規則によってδを計算する。
【００２４】
【数１】
δ＝min｛δi｜δi≧０．１*max｛δｉ｝      （１）
【００２５】
この規則は、イメージ中でエッジ画素を取り囲む領域の統計値を捕らえて、その後、エッジにかかる平滑化を避けることができるようにする。上記処理ステップが図４のボックス４２０を構成する。
【００２６】
図５は、元のイメージの中で画素を処理する順序を示す。図６および７に示すように、ｎ×ｍウィンドウをラスタ順で一つの画素から次の画素に動かす。具体例として、図には７×７のウィンドウが示されている。好ましい実施態様では、次にシグマ・フィルタが、同サイズのウィンドウを使用して中間イメージｆ1をスキャンする。ｎ×ｍウィンドウ内の要素は、図５に示すものと同じラスタ順でスキャンされる。ウィンドウをスキャンするとき、シグマ・フィルタは、中間イメージｆ1中の画素のうち、ウィンドウの中心画素の値から２σ内の画素を特定する。ウィンドウの中心画素の値から２σ内の間隔をＩで示す。計算効率のため、平均値と中心画素値とが交換可能であると仮定する。濃淡イメージを伴う一次元の場合、この間隔は、図１０に示す線分によって表される。ＲＧＢ値を伴う三次元の場合、この間隔は、平均値に中心を置く球に汎化される。
【００２７】
この範囲（２σ）の外の画素はアウトライアとみなされ、この範囲内にある画素は、中心画素と同じクラスに属するとみなされる。この概念は、異なる特性の領域上に配置された７×７ウィンドウの中心画素を示す図８に示されている。
【００２８】
簡素化のため、広く異なる色をもつ領域を表す、クラスＡおよびクラスＢによって示される領域を考えてみる。６０１では、７×７ウィンドウの中心画素ＸはクラスＡ画素上に位置している。したがって、シグマ・フィルタは、７×７ウィンドウ内の画素のうち、クラスＡにある画素を包含し、アウトライアと見なされる、クラスＢに属する画素を除外する。この操作の結果は、中心画素と同じクラスに属するｆ1４０２の画素の位置を印すマスクＭを生成することである。これらの位置は、Ｍ中で黒いドットによって示される。同様に、６０２で、７×７ウィンドウの中心画素ＹはクラスＢ画素上に位置している。したがって、シグマ・フィルタは、７×７ウィンドウ内の画素のうち、クラスＢにある画素を包含し、アウトライアであるとみなされる、クラスＡに属する画素を除外する。この操作の結果は、もう一つのマスクを生成することである。
【００２９】
マスク中の非ゼロ要素の数を計数する。この数がＮ＝ceil（１．５σ）＋１未満であるならば、中心画素をその周囲の画素（たとえば３×３ウィンドウ内の画素）によって置き換え、４９０で、中心画素の新たな値とともに処理を再開する。このステップの理由は、イメージがインパルス・ノイズを含むことがあり、ノイズのある中心画素に近い値の画素がほとんどないからである。そのような場合、ノイズのある中心画素を前記のように置き換える。
【００３０】
そして、マスクの各要素を、図８に示す平滑化フィルタ、たとえばガウスの係数によって乗じて、結果的なフィルタ核を生成する。そして、得られたフィルタ核を所与のｎ×ｍウィンドウ内の元の階調イメージｆの画素に適用する。このフィルタ核の構造が、類似クラスに入る画素が平滑化され、異種クラスに属する画素が無視されることを保証する。その結果、シグマ・フィルタは、エッジ情報が保存された、区分単位で平滑な連続トーン・イメージを生成する。
【００３１】
色混合考察
認識される色における類似性を達成するため、Huntの「The  Reproduction  of  Color」  5th  edition,  Fountain  Press,  1995で開示されたような色混合モデルを考察する。このモデルにしたがって、二つの色Ｃ1とＣ2とをそれぞれ量ｍ1およびｍ2で混合すると仮定する。色は、その色度座標によって次のように表すことができる。
【００３２】
【数２】
Ｃ1／ｒ1＋ｇ1＋ｂ1    （２）
【００３３】
【数３】
Ｃ2／ｒ2＋ｇ2＋ｂ2    （３）
【００３４】
ただし、ｉ∈｛１，２｝の場合、ｒi＋ｇi＋ｂi＝１である。Ｃ1およびＣ2の色記述が輝度値Ｌ1およびＬ2を有すると仮定する。混合物Ｃ1およびＣ2の色度座標値が以下のような重心の法則に従うことが見てとれる。
【００３５】
【数４】
0003887245.tif 000002
【００３６】
ただし、ｋ∈｛ｒ，ｇ，ｂ｝である。幾何学的には、混合色は、色度座標系の中で二つの元の色を接続する線上に位置する。
【００３７】
カラー階調デスクリーニング問題は色混合物とは異なるとしても、局所的に重み付けされた平均値は、等式に類似する、実際の色の良好な近似色表現を提供する。この局所的に重み付けされた平均値は、領域にまたがる平滑化が阻止される場合のみ有効になりうることを理解すべきである。そうでなければ、異なる領域の境界で誤った色が生成される。
【００３８】
デスクリーニングのための平滑化フィルタ
図１に示すシステムに戻ると、本発明の低域平滑化フィルタ１６は、異なるスクリーニング周波数を取り扱うように構成されていることが好ましい。図３は、異なるスクリーニング角度における多数のインクの存在のため、望ましくない調和ピークが等方的に分布していることを実証する。したがって、等方性低域フィルタを周波数領域で使用することができる。好ましくは、ガウス低域フィルタの族がパラメータＦwで使用される。このパラメータは、周波数領域におけるガウスの標準偏差を指す。
【００３９】
理解しやすくするため、ガウスのフーリエ変換がガウスであり、ガウス低域フィルタが以下の不確かさ原則を満たすことが理解される。
【００４０】
【数５】
σgσw＝１  （５）
【００４１】
ただし、σgおよびσwは、それぞれ空間領域および周波数領域におけるガウス低域フィルタの標準偏差である。本発明の低域フィルタを構築する際、まず、（ｗx  ｗy）として示す、空間周波数領域における最大調和成分の位置を特定する。
【００４２】
【数６】
0003887245.tif 000003
【００４３】
が、周波数領域における所望のガウスの標準偏差の推定値を表すならば、空間領域におけるガウス低域フィルタは、パラメータ
【００４４】
【数７】
0003887245.tif 000004
【００４５】
で選択することができ、これに関しては、周波数応答は、
【００４６】
【数８】
0003887245.tif 000005
【００４７】
にとって小さい。
【００４８】
２段フィルタ操作の第一段には、２（ceil（１．５σ））＋１のウィンドウ・サイズを有することが好ましいガウス・フィルタである低域フィルタを使用する。このフィルタは、好ましい方向がないエラー拡散階調、確率的にスクリーニングされた階調およびカラー階調に適切である。
【００４９】
前記を考慮して、図４は、本発明の方法の好ましい実施態様に含まれるステップを示す。方法の最初のステップは、濃淡またはカラー階調イメージであることができる階調イメージｆを取得することを含む。そして、入力イメージ（ブロック４０１）を平滑化するためにフィルタが使用するしきい値δを前記のように決定したのち（ブロック４２０）、低域及び信号フィルタのパラメータを計算する（ブロック４０３）。空間領域におけるガウス低域フィルタのサイズおよびその係数は、ガウスの標準偏差であるパラメータσgに依存する。このパラメータσgは、まず、（ｗx  ｗy）として示される、空間周波数領域における最大調和成分の位置を特定することによって計算される。次に、値
【００５０】
【数９】
0003887245.tif 000006
【００５１】
を、周波数領域におけるスクリーン周波数の推定値として計算する。最後に、σgを
【００５２】
【数１０】
0003887245.tif 000007
【００５３】
として計算する。
【００５４】
ひとたびこれらの数値を決定したならば、階調イメージを本発明の２段フィルタに入力する（図１のブロック１５を参照）。
【００５５】
２段シグマ・フィルタの作動
２段シグマ・フィルタは、まず、イメージを低域フィルタで畳み込みして中間平滑化イメージを生成する（ブロック４０２）ことによってイメージをデスクリーニングする。このステップは、前記のようにして、階調イメージ上でｎ×ｍウィンドウをスキャンすることによって実施される。このステップを実施する際、上記で定義した標準偏差σを適用したガウス低域フィルタおよびウィンドウ・サイズ２ceil（１．５σ）＋１を使用することが好ましい。中間の平滑化（すなわち、低域フィルタに通された）イメージは、次のように示すことができる。
【００５６】
【数１１】
ｆ1（ｘ,ｙ）
【００５７】
これは、図４のブロック４０２と同じである、図１で１６として示す平滑化フィルタを完成する。図４の残り（すなわちブロック４３０〜４７０）が、図１のブロック１７の詳細な説明を構成する。ｎ×ｍウィンドウがブロック４３０のｆおよびｆで選択される。
【００５８】
階調イメージを第一のウィンドウで処理したのち、スキャン・プロセスにおける次のウィンドウを選択する。このウィンドウを、元の階調イメージｆおよび中間平滑化イメージｆ1の両方に適用する（ブロック４３０）。方法は、イメージｆ1中のウィンドウの中心画素から次の未処理の画素ｐまでの距離ｄを計算する（ブロック４４０）ことによって継続する。この距離は、図９〜１１に示すように、ウィンドウ内の未処理の画素と中心画素との間のＲＧＢ色空間差に換算して計測される。
【００５９】
次のステップで、計算された距離ｄがしきい値（２σ）よりも大きいかどうかを決定する（ブロック４４５）。大きくないならば、アクセスされない画素ｐの画素位置をフィルタ・マスクＭに含める（ブロック４５０）。フィルタ・マスクＭは、含まれる画素を印す場合には「１」、そうでなければ「０」の値を有する。
【００６０】
ウィンドウＷを処理する最後のステップは、非ゼロマスク要素の数がＮ未満であるかどうかをチェックすることである（ブロック４６０）。Ｎ未満であるならば、中心画素色値をウィンドウ中の取り囲む画素の平均値で置き換え、新たなマスクＭを新たな中心画素値で生成する。
【００６１】
ブロック４６０で必要な修正を実施したのち、元の階調イメージｆのマスク版を平滑化フィルタで畳み込みして出力イメージｆ0中に画素を生成する（ブロック４７０）。ブロック４７０で畳み込みステップを実施したのち、方法は、デスクリーニング・プロセスが完了したかどうかを決定する（ブロック４３５）。完了していないならば、ｎ×ｍウィンドウを使用してラスタ順で次の画素を処理する（ブロック４３０）。
【００６２】
入力イメージ中のすべての画素を処理したのち、イメージ出力装置がシグマ・フィルタから連続トーン（逆階調）イメージを出力する（ブロック４３５および４３６）。
【００６３】
従来設計との比較
本発明はシグマ・フィルタを使用するため、以下、従来システムにおける当該フィルタの使用と、本発明による当該フィルタの使用との間で比較を行う。あるイメージがｆ（ｘ，ｙ）＋ｎ（ｘ，ｙ）としてモデル化されると仮定する（ｆ（ｘ，ｙ）は、クリーンなイメージ・データを表し、ｎ（ｘ，ｙ）は、そのイメージのノイズ成分に対応する）。そして、第一に、サイズがｎ×ｍ画素であるウィンドウを画定し、第二に、図５に示すように、このウィンドウをイメージ全体でスキャンする（たとえばラスタ的に）ことにより、イメージの処理を可能にするためのフィルタのパラメータを決定する。ウィンドウ内の画素のイメージ強さ値は、定数ｋとノイズ成分ｎ（ｘ，ｙ）との和としてモデル化することが好ましい。しばらくの間、ウィンドウはエッジ、すなわち鋭い移行部を含まないと仮定する。ノイズは、その平均値ｍおよび標準偏差ｓによって完全に特徴づけられるガウス分布として近似することができる。ガウス分布の場合、母集団の９５％が平均値から２ｓの範囲内に位置することがわかる。これは、ウィンドウ中の画素値（たとえばＲＧＢ空間に換算した色値）の９５％が平均値ｍから２ｓの範囲内に位置することを暗示する。「平均値」は、ウィンドウ中の画素の色値の平均をいう。本発明では、平均値およびフィルタ・パラメータｓを推定するための特殊な技術を提示する。
【００６４】
平均値から２Ｆの範囲内の間隔をＩで示す。濃淡イメージを含む一次元の場合、この間隔は、図１０で示す線分によって表される。ＲＧＢ値を含む三次元の場合、この間隔は、平均値に中心を置く球体に汎化される。
【００６５】
シグマ・フィルタのパラメータを決定したのち、図５に示すように、元のイメージ中の画素を処理する。図６および７に示すように、ｎ×ｍウィンドウを一つの画素から次の画素までラスタ順に動かす。具体例として、図には７×７ウィンドウが例示されている。ウィンドウがスキャンされるとき、シグマ・フィルタは、イメージ中の画素のうち、ウィンドウの中心画素の値から２Ｆの範囲内にある画素を特定する。この範囲（２Ｆ）の外にある画素をアウトライアとみなし、この範囲内にある画素を、中心画素と同じクラスに属するものとみなす。この概念は、異なる特性の領域上に配置された７×７ウィンドウの中心画素を示す図８に示されている。簡略化するため、大きく異なる色の領域を表すクラスＡおよびクラスＢによって示される領域を考えてみる。６０１では、７×７ウィンドウの中心画素Ｘは、クラスＡ画素上に位置している。したがって、シグマ・フィルタは、７×７ウィンドウ内の画素のうち、クラスＡに入る画素を包含し、アウトライアであるとみなされる、クラスＢに属する画素を除外する。この処理の結果は、中心画素と同じクラスに属するｆ1の画素の位置を印すマスクＭを生成する（４０２）ことである。これらの位置は、Ｍ中の黒いドットによって示され、値「１」を与えられる。同様に、６０２では、７×７ウィンドウの中心画素Ｙは、クラスＢ画素上に位置している。したがって、シグマ・フィルタは、７×７ウィンドウ内の画素のうち、クラスＢに入る画素を包含し、アウトライアであるとみなされる、クラスＡに属する画素を除外する。この処理の結果は、位置ＹのマスクＭを生成することである。
【００６６】
マスクＭの要素は、二つの値の一方、０または１を含むことができ、「１」は、中心画素と同じクラスに属する要素を示し、「０」は、異なるクラスに属する要素を示す。そして、マスクの各要素を、図１２に示す、平滑化フィルタ、たとえばガウスの係数で乗じてフィルタ核を生成する。そして、得られたフィルタ核を所与のｎ×ｍウィンドウの範囲内のｆの画素に適用する。このフィルタ核の構成は、類似クラス内の画素が平滑化され、異種のクラスに属する画素が無視されることを保証する。その結果、シグマ・フィルタは、エッジ情報を保存した区分単位で平滑な連続トーン・イメージを生成する。
【００６７】
シグマ・フィルタは、上述の望ましい性質を有するが、階調イメージをデスクリーニングするために従来のシグマ・フィルタを単に適用するだけではうまく行かない。理由は、シグマ・フィルタは、階調ドットから生じる不連続性を保存するからである。換言するならば、イメージｆが階調表現イメージに対応するならば、上記のように従来のシグマ・フィルタを適用してもうまく行かない。この効果を例示するため、公称値２２５および０のほぼ２レベルのドット・パターンからなる一定の濃淡階調イメージの中をスライドするウィンドウを想定してみる。中心画素の値が２５５であると仮定する。従来のシグマ・フィルタ（たとえば、Leeの「Direct  Image  Smoothing  and  the  Sigma  Filter」  CVGIP,  Volume  24,  pages  255-269,  1983）を適用すると、２５５に近い値の画素を選択することになろう。重み付き平均値もまた２５５に近くなる。中心画素の値がゼロであるときでも同様な状況が発生する。したがって、階調パターンの大部分は、フィルタリングの後でなおも存在する。これが、本発明の２段シグマ・フィルタの第一段が低域平滑化フィルタの適用を含む理由である。
【００６８】
本明細書に記載する２段フィルタを使用することにより、本発明は、従来の方法と比較して改善された画質で、より具体的には、少なくとも四つの目的、すなわち１）元の階調イメージ中のスクリーンに対応する周期信号を除く目的、２）本来のエッジ情報を保存する目的、３）見栄えを残す目的、および４）カラー・イメージの場合に知覚的な色を保存する目的を達成する方法で、階調イメージを連続トーン・イメージに変換するシステムおよび方法である。従来のデスクリーニング・システムおよび方法は、互いに矛盾するこれらの利点、特に最初二つの目的をすべて一度に達成するわけではない。
【００６９】
第一の目的を達成するため、平滑化フィルタは、低域フィルタであることが好ましい。しかし、低域フィルタを盲目的に適用すると、デスクリーニングされた（連続トーン）イメージを必然的にぼかしてしまう。これが逆に、第二の目的である、本来のエッジ情報を破壊する。
【００７０】
本発明は、両方の目的を達成する、すなわち、元の階調イメージ中のスクリーンに対応する周期信号を除くと同時に本来のエッジ情報を保存するため、従来のシステムおよび方法に対して有意な改善を達成する。この解決法は、カラー・イメージをデスクリーニングするための２段カラー・シグマ・フィルタの使用に基づいて達成される。より具体的には、シグマ・フィルタを平滑化（たとえば低域）フィルタと組み合わせて、エッジを保存しながらも区分単位で平滑に見えるデスクリーニングされたイメージを生成する。
【００７１】
この構成により、従来のシステムに比較して多数の利点が得られる。望ましくは、本発明の２段シグマ・フィルタは、異方性拡散および全変動手法と同様にして、エッジを保存しながらもイメージを区分単位で平滑な領域に処理する。また、その計算の複雑さはＯ（Ｎ）である（Ｎはイメージ中の画素数である）。
【００７２】
さらに、本発明の２段シグマ・フィルタは、有利にも、中央値フィルタの効率に少なくとも等しい効率を示す。そのうえ、シグマ・フィルタの核機能を変更して、イメージを従来の手法よりも視覚的に魅力的にすることもできる。
【００７３】
普遍的な魅力の点で、本発明の方法は、使用される階調プロセスに関して仮定を行わないため、いかなる逆階調表現プロセスならびに濃淡およびカラー階調イメージにも適用することができる。
【００７４】
階調セグメント化技術と組み合わされると、有利にも、濃淡およびカラー文書のための完全な文書処理アルゴリズムを創造することができる。自動ゾーニングおよびデスクリーニングが、人間の介在をほとんどまたは全くなしで、文書をスキャンし、デジタル・フォーマットに変換することを可能にする。自動ゾーニングまたは区分化は、階調表現区域およびテキスト区域を文書で特定する。テキスト区域は、後でＯＣＲ技術によって処理することができる。階調表現区域は、本発明に記載した技術を使用してデスクリーニングされる。これは、変換プロセスを大幅に加速し、より多くの材料をより低コストでデジタル化することを可能にする。この材料は、ブック・オン・デマンドおよび電子書籍のような製品への道を見いだす。
【００７５】
前記開示から、本発明に対する他の修正および変形が当業者に明らかになろう。したがって、本明細書では本発明のいくつか特定の実施態様のみを具体的に記載したが、本発明の本質および範囲を逸することなく、多くの変形をそれに加えてもよいことが理解される。
【００７６】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）階調イメージを連続トーン・イメージに変換する方法であって、
階調イメージを取得するステップと、
第一の段が平滑化フィルタであり、第二の段が、前記平滑化フィルタに接続されたシグマ・フィルタである２段フィルタを定義するステップと、
前記平滑化フィルタおよび前記シグマ・フィルタのパラメータを定義するステップと、
階調イメージを平滑化フィルタに入力して中間イメージを導出するステップと、
前記中間イメージを前記シグマ・フィルタに入力して、各ウィンドウの中心画素から２標準偏差の範囲内にある画素を選択的に平滑化するステップと、
前記シグマ・フィルタから、区分単位で平滑であり、エッジが保存された連続トーン・イメージを出力するステップと
を含む方法。
（２）前記平滑化フィルタが低域フィルタである、上記（１）記載の方法。
（３）平均値を見つけるステップと、
しきい値を定義するステップと、
前記平均値の前記しきい値の範囲にある画素のみを通過させるステップと
をさらに含む、上記（１）記載の方法。
（４）前記階調イメージ中の、前記中心画素の前記値の前記しきい値の範囲内にある画素を前記シグマ・フィルタによって特定するステップと、
前記しきい値の範囲内にある画素のみに低域フィルタを適用するステップと
をさらに含む、上記（３）記載の方法。
（５）前記連続トーン・イメージをプリントするステップをさらに含む、上記（１）記載の方法。
（６）前記階調イメージがカラー・イメージである、上記（１）記載の方法。
（７）前記階調イメージが濃淡イメージである、上記（１）記載の方法。
（８）前記平滑化フィルタが等方性低域フィルタである、上記（１）記載の方法。
（９）前記低域フィルタが複数のガウス低域フィルタを含む、上記（１）記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】  階調イメージをデスクリーニングするための本発明のシステムの好ましい実施態様のブロック図である。
【図２】  濃淡階調イメージのフーリエ出力スペクトルを示す図である。
【図３】  カラー階調イメージのフーリエ出力スペクトルを示す図である。
【図４】  階調イメージをデスクリーニングするための本発明の方法の好ましい実施態様に含まれるステップを示す流れ図である。
【図５】  本発明にしたがって画素を処理する順序を示す図である。
【図６】  本発明にしたがって階調イメージを処理するときウィンドウを階調イメージの中で移す方法を示す図である。
【図７】  本発明にしたがって階調イメージを処理するときウィンドウを階調イメージの中で移す方法を示す図である。
【図８】  本発明にしたがって使用されるフィルタ・マスクの二つの位置を示す図である。
【図９】  アクセスされない画素および中心画素を示すウィンドウの図である。
【図１０】  これらの画素の間の間隔を示す図である。
【図１１】  これらの画素の間でＲＧＢ色空間差を決定する方法を示す図である。
【図１２】  本発明にしたがって使用することができるフィルタ係数の表である。
【符号の説明】
５  イメージ入力装置
１０  イメージ解析装置
１５  ２段フィルタ
１６  平滑化フィルタ
１７  シグマ・フィルタ
２０  イメージ出力装置
【図１】
0003887245.tif 000008
【図２】
0003887245.tif 000009
【図３】
0003887245.tif 000010
【図４】
0003887245.tif 000011
【図５】
0003887245.tif 000012
【図６】
0003887245.tif 000013
【図７】
0003887245.tif 000014
【図８】
0003887245.tif 000015
【図９】
0003887245.tif 000016
【図１０】
0003887245.tif 000017
【図１１】
0003887245.tif 000018
【図１２】
0003887245.tif 000019