(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の周波数特性を持つ空間周波数のノイズマトリクスを生成するノイズ生成装置であって、
所望の周波数特性に対応して周波数帯域をそれぞれ重なりのない複数の帯域に分割する帯域分割部と、
複数に分割された帯域のパワースペクトルを設定し、設定した各帯域のパワースペクトルおよび乱数に基づいてノイズマトリクスを生成するノイズ生成部とを備えることを特徴とするノイズ生成装置。
【請求項２】
ノイズ生成部で生成されたノイズマトリクスを正規化するノイズ正規化部を備えることを特徴とする請求項１記載のノイズ生成装置。
【請求項３】
複数に分割された各帯域に、乱数に基づく位相を設定する位相設定部を有し、
前記ノイズ生成部は、前記位相設定部で設定された各帯域の位相を格納する位相記憶領域と、
所望の周波数帯域を近似するように各帯域のパワースペクトルを設定するパワースペクトル設定部と、
前記位相記憶領域およびパワースペクトル設定部からそれぞれ読み込んだ位相とパワースペクトルとに基づいて、ノイズマトリクスデータを算出するノイズデータ算出部とを備えることを特徴とする請求項１または２記載のノイズ生成装置。
【請求項４】
前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを格納するパワースペクトル記憶領域を備えることを特徴とする請求項３記載のノイズ生成装置。
【請求項５】
前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを、周波数特性ごとに複数格納するパワースペクトル記憶領域と、
ユーザが所望する周波数特性に応じたパワースペクトルを選択し、ノイズデータ算出部に出力する周波数特性選択部とを備えることを特徴とする請求項３または４記載のノイズ生成装置。
【請求項６】
前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように、分割された各帯域のパワースペクトルを計算するパワースペクトル計算部を備えることを特徴とする請求項３記載のノイズ生成装置。
【請求項７】
前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを、周波数特性ごとに計算する複数のパワースペクトル計算部と、
ユーザが所望する周波数特性に応じたパワースペクトルを選択し、ノイズデータ算出部に出力する周波数特性選択部とを備えることを特徴とする請求項３記載のノイズ生成装置。
【請求項８】
前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを、関数によって算出するパワースペクトル計算部と、
ユーザが所望する周波数特性に応じて前記関数のパラメータを設定する関数パラメータ設定部とを備えることを特徴とする請求項３記載のノイズ生成装置。
【請求項９】
所望の周波数特性を持つ空間周波数のノイズマトリクスを生成するノイズ生成方法であって、
所望の周波数特性に対応して空間周波数をそれぞれ重なりのない複数の帯域に分割するステップと、
複数に分割された帯域のパワースペクトルを設定し、各帯域のパワースペクトルおよび乱数に基づいてノイズマトリクスを生成するステップとを備えることを特徴とするノイズ生成方法。
【請求項１０】
請求項９記載のノイズ生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力画像データにノイズ重畳処理を施す際に用いられるノイズ生成装置およびノイズ生成方法ならびにノイズ生成方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のノイズ生成方法として、特許第２８９４１１７号公報記載の「画像信号処理方法及びその装置」が開示されている。特許第２８９４１１７号公報記載の「画像信号処理方法及びその装置」を第１の従来例として説明する。
【０００３】
第１の従来例では、デジタル複写機などの画像形成装置において、入力された画像信号に対し、視覚的に知覚し難い空間周波数特性のノイズを画像信号レベルに応じて重畳させることにより鮮鋭性（カラー画像の場合には色調・鮮鋭性）を損なうことなく、原稿自身に存在する画像ノイズや階調段差（擬似輪郭）などを低減させている。この第１の従来例では、視覚的に知覚し難い２次元の空間周波数特性のノイズは、基準ノイズ記憶メモリに格納されて、次のような方法で生成される。すなわち、正規分布型ランダムノイズ生成回路により、Box&Mullerのアルゴリズムによりノイズデータを生成する。次に、ノイズデータを２次元フーリエ変換し、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）補正回路により、正規分布型ランダムノイズに対して、人間のノイズ知覚特性の逆特性となるような空間周波数を付与する。最後に、ノイズデータを２次元逆フーリエ変換によって実空間に戻し、標準偏差σ＝１に規格化する。
【０００４】
以上のように、画像データにノイズ重畳処理を行う画像処理が一般的に行われており、ノイズ重畳処理のノイズの影響をシミュレーションにより評価するために、所望の周波数特性のノイズを生成することが要求されている。
【０００５】
一方、画像などの２次元の空間周波数でなく、１次元の周波数においても、ノイズの影響をシミュレーションにより評価するために、乱数列を用いて、回路シミュレーションなどの連続系のシミュレーションに用いる連続系のノイズを生成することが要求されており、ここでも、１／ｆなどの所望の周波数特性を持つノイズを生成することが要求されている。この要求に応えるために、一般的に正規分布に従う乱数列（正規乱数列）と所望の周波数特性を持つフィルタとを用意し、正規乱数列を入力としたフィルタのシミュレーションが行われている。シミュレーションを行うことにより、フィルタの出力から所望の周波数特性を持ったノイズを生成することができる。このようなノイズ生成方法では、所望の周波数特性を持つフィルタを設計する必要があり、フィルタ理論および近似理論などの専門知識が必要となる。
【０００６】
そこで、フィルタ理論および近似理論などを用いないで所望の周波数特性のノイズを生成する方法が、特開平２０００−３２３９３３号公報「ノイズ波形の生成装置及び生成方法」で提案されている。これを第２の従来例として説明する。第２の従来例では、１次元の周波数において、フィルタ処理を施さずに、ウェーブレット変換によって周波数帯域を分割し、分割された帯域ごとに重み付けを行って各帯域のノイズを時系列的に生成し、各帯域のノイズを合成することによって所望の周波数特性を持つノイズを生成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例におけるノイズ生成方法では、ノイズデータの作成に２次元逆フーリエ変換を用いるため、得られるノイズデータが複素数になる場合があり、所望の周波数特性を精度よく近似できない場合がある。また、たとえば画像データのある濃度領域では高周波ノイズを重畳し、ある濃度領域では１／ｆノイズを重畳するという処理を行う場合、すなわち、異なる濃度領域に別の種類のノイズを重畳する場合に、第１の従来例のノイズ生成方法を適用することは困難である。異なる濃度領域に別の種類のノイズを重畳することを実現するためには、使用するノイズの種類に応じた数のノイズ生成手段を用意する必要があり、回路規模やノイズ生成処理を行うプログラム規模が増大してしまうという問題がある。
【０００８】
また、第２の従来例におけるノイズ生成方法によって生成されるノイズは、時系列的に生成する１次元の周波数を想定しており、２次元のノイズ、すなわちノイズマトリクスを用いて、画像データにノイズを重畳することで疑似輪郭、濃度むらの抑制を行う処理、または画像に質感を与える処理に容易に適用することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、複数の異なった空間周波数特性を持つノイズマトリクスを容易に生成可能なノイズ生成装置およびノイズ生成方法ならびにノイズ生成方法を実行させるためのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所望の周波数特性を持つ空間周波数のノイズマトリクスを生成するノイズ生成装置であって、
所望の周波数特性に対応して周波数帯域をそれぞれ重なりのない複数の帯域に分割する帯域分割部と、
複数に分割された帯域のパワースペクトルを設定し、設定した各帯域のパワースペクトルおよび乱数に基づいてノイズマトリクスを生成するノイズ生成部とを備えることを特徴とするノイズ生成装置である。
【００１１】
本発明に従えば、複数に分割された帯域のパワースペクトルを所望の周波数特性を近似するように設定し、各帯域の位相を乱数に基づいて与えることによって、所望の周波数特性を持つノイズマトリクスを容易に生成することができる。
【００１２】
また本発明は、ノイズ生成部で生成されたノイズマトリクスを正規化するノイズ正規化部を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、正規化されたノイズ全体を定数倍したり、ノイズマトリクスの要素の強度を調整したりすることで、ノイズの大きさを任意に変更することができる。
【００１４】
また本発明は、複数に分割された各帯域に、乱数に基づく位相を設定する位相設定部を有し、
前記ノイズ生成部は、前記位相設定部で設定された各帯域の位相を格納する位相記憶領域と、
所望の周波数帯域を近似するように各帯域のパワースペクトルを設定するパワースペクトル設定部と、
前記位相記憶領域およびパワースペクトル設定部からそれぞれ読み込んだ位相とパワースペクトルとに基づいて、ノイズマトリクスデータを算出するノイズデータ算出部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、位相記憶領域およびパワースペクトル設定部からそれぞれ位相とパワースペクトルとを読み出して、ノイズデータ算出部に入力することで、所望の周波数特性に対応したノイズマトリクスを容易に生成することができる。
【００１６】
また本発明は、前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを格納するパワースペクトル記憶領域を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、パワースペクトル記憶領域からパワースペクトルを読み出して、ノイズデータ算出部に入力することで、所望の周波数特性に対応したノイズマトリクスを容易に生成することができる。
【００１８】
また本発明は、前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを、周波数特性ごとに複数格納するパワースペクトル記憶領域と、
ユーザが所望する周波数特性に応じたパワースペクトルを選択し、ノイズデータ算出部に出力する周波数特性選択部とを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、各帯域のパワースペクトルを周波数特性ごとに記憶する領域が複数あるので、所望する種々の周波数特性に応じたノイズマトリクスを容易に生成することができる。
【００２０】
また本発明は、前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように、分割された各帯域のパワースペクトルを計算するパワースペクトル計算部を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、所望の周波数特性のノイズマトリクスを生成するときに周波数特性の計算を行うので、周波数特性をそのまま記憶させる場合に比べて、記憶領域を削減できる。
【００２２】
また本発明は、前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを、周波数特性ごとに計算する複数のパワースペクトル計算部と、
ユーザが所望する周波数特性に応じたパワースペクトルを選択し、ノイズデータ算出部に出力する周波数特性選択部とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、各帯域のパワースペクトルを周波数特性ごとに計算する領域が複数あるので、所望する種々の周波数特性に応じたノイズマトリクスを容易に生成することができる。また、パワースペクトルの選択の仕方によって、異なる濃度領域であっても別の種類のノイズを重畳することができる。
【００２４】
また本発明は、前記パワースペクトル設定部は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを、関数によって算出するパワースペクトル計算部と、
ユーザが所望する周波数特性に応じて前記関数のパラメータを設定する関数パラメータ設定部とを備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、パラメータの設定により形状を容易に変化させることが可能な関数を用いて周波数特性を表すので、１つの関数を用意するだけで種々の周波数特性を持つノイズを容易に生成することができ、関数を複数用意する場合に比べて記憶領域を削減できる。
【００２６】
また本発明は、所望の周波数特性を持つ空間周波数のノイズマトリクスを生成するノイズ生成方法であって、
所望の周波数特性に対応して空間周波数をそれぞれ重なりのない複数の帯域に分割するステップと、
複数に分割された帯域のパワースペクトルを設定し、各帯域のパワースペクトルおよび乱数に基づいてノイズマトリクスを生成するステップとを備えることを特徴とするノイズ生成方法である。
【００２７】
本発明に従えば、複数に分割された帯域のパワースペクトルを所望の周波数特性を近似するように設定し、各帯域の位相を乱数に基づいて与えるノイズ生成方法を用いることによって、所望の周波数特性を持つノイズマトリクスを容易に生成することができる。
【００２８】
また本発明は、前記のノイズ生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００２９】
本発明に従えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの汎用のコンピュータにＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を介して、あるいは、ネットワークからのダウンロードによりプログラムを読み込ませることで、ノイズを生成することができる。また、生成したノイズデータをメモリなどに格納しておき、コンピュータに読み込まれた画像、デジタル複写機および複合機に入力された画像に対してノイズ重畳処理を施し画像を出力することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
画像処理において、原稿自身に存在する画像ノイズや擬似輪郭などを低減させるために、ノイズ重畳処理が行われている。ノイズ重畳処理のノイズの影響を、たとえばシミュレーションにより評価するためには、所望の周波数特性のノイズを生成する必要がある。本発明のノイズ生成装置は、このような画像処理に適用するものであり、所望の周波数特性のノイズを生成する装置である。
【００３１】
以下に、本発明の第１の実施形態であるノイズ生成装置およびノイズ生成方法について説明する。図１は、本発明によるノイズ生成装置１の構成を示すブロック図である。ノイズ生成装置１は、帯域分割部１０、位相設定部２０、ノイズ生成部３０、ノイズ正規化部４０およびノイズ増幅部５０を備えて構成されている。
【００３２】
帯域分割部１０は、所望の周波数特性に対応して空間周波数の縦方向と横方向との周波数帯域をそれぞれ重なりのない複数の帯域に分割する。位相設定部２０は、帯域分割部１０で複数に分割された各帯域に、乱数に基づく位相を設定する。ノイズ生成部３０は、複数に分割された帯域のパワースペクトルを設定し、設定した各帯域のパワースペクトルおよび乱数に基づいて所望の周波数特性を持つノイズマトリクスを生成する。ノイズ正規化部４０では、ノイズ生成部３０で生成されたノイズマトリクスを正規化する。ノイズ増幅部５０では、ノイズ正規化部４０で正規化されたノイズマトリクスを所望の強さに調整する。
【００３３】
図２は、本発明のノイズ生成装置１におけるノイズ生成処理を示すフローチャートである。まずステップＳ１では、帯域分割部１０で所望の周波数特性に対応して空間周波数の縦方向と横方向との周波数帯域を互いに重なり合わないように、複数の帯域に分割する。ステップＳ２では、ステップＳ１の帯域分割処理で複数に分割された各帯域に、位相設定部２０で乱数に基づく位相を設定する。ステップＳ３では、ステップＳ１で複数に分割された帯域のパワースペクトルを設定し、設定した各帯域のパワースペクトルおよび乱数に基づく位相から、ノイズ生成部３０で所望の周波数特性を持つ空間周波数のノイズマトリクスを生成する。ステップＳ４では、ノイズマトリクスを構成するすべての要素について処理が終了したかどうかを判断して、処理が終了していなければステップＳ３に戻ってノイズ生成処理を繰り返す。処理が終了していれば、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ステップＳ３で求めたノイズマトリクスに対してノイズ正規化部４０で正規化を行う。さらにステップＳ６では、ステップＳ５で正規化されたノイズマトリクスの各要素が所望の強度を持つようにノイズ増幅部５０で要素の値を調節する。
【００３４】
次に、図２のノイズ生成処理を示すフローチャートに基づいて、ノイズ生成動作を説明する。まず、図２のステップＳ１における帯域分割の方法を説明する。
【００３５】
図３は、空間周波数帯域の分割方法を示す図である。本実施形態では、生成するノイズマトリクスをＬ×Ｋの行列であるとする。図３において、横軸であるμ軸はノイズマトリクスの横方向の空間周波数、縦軸であるν軸はノイズマトリクスの縦方向の空間周波数を示している。また、μNはノイズマトリクスの横（水平）方向のナイキスト周波数、νNは縦（垂直）方向のナイキスト周波数を示している。横方向および縦方向のナイキスト周波数μN，νNは、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイや液晶ディスプレイなどの画像表示装置、電子写真方式およびインクジェット方式を用いた画像形成装置など、いわゆる画像出力装置の水平方向および垂直方向の解像度により決定される。たとえば、水平方向および垂直方向の解像度が６００ｄｐｉ（dot per inch）とすると、ドットの間隔（以下、Δとする）は、およそ４．２３×１０-2［ｍｍ］となる。ナイキスト周波数ｆNとΔとの関係はｆN＝１／２Δとなるため、この場合のナイキスト周波数は１１．８２Ｌｉｎｅｓ／ｍｍで与えられる。ナイキスト周波数μN，νNで定義される周波数帯域をＫ×Ｌ個に等分割し、分割された各帯域で所望の周波数特性を近似するようにパワースペクトルを設定する。実数関数、または実数データを２次元フーリエ変換して得られるパワースペクトルの分布は、原点を通りμν平面に垂直な直線を中心軸とした軸対称になる性質がある。本実施形態で生成するノイズマトリクスの要素は実数であるため、パワースペクトルの性質を利用すると、設定すべき周波数帯域はノイズマトリクスが持つ全空間周波数帯域の半分の帯域でよいことになる。この半分の帯域は自由に選択できる。
【００３６】
図４は、設定する空間周波数帯域を全帯域の半分にした場合の、帯域分割の方法を示す図である。本実施形態では、図４に示すようにν≧０の帯域を選び、この帯域を（２Ｍ−１）×Ｎ個に等分割する。ただし、２Ｍ−１＝Ｋ，Ｎ＝Ｌ／２であり、図中のＡ，ＢおよびＣ点は座標を表している。また、（ｍ，ｎ）および（μ，ν）はμ＝ｍΔμ，ν＝ｎΔνの関係にあり、Δμ＝２μN／（２Ｍ−１），Δν＝νN／Ｎである。分割数（２Ｍ−１）×Ｎは、ノイズマトリクスの大きさＫ，Ｌに依存する。Ｋ，Ｌの値は任意に設定することができ、たとえば、画像出力装置の解像度が１２００ｄｐｉのときは、Ｋ＝６４，Ｌ＝６４程度に設定するとよい。
【００３７】
次に、図２のステップＳ２における位相設定部２０の位相設定処理について説明する。図５は、位相設定部２０の構成を示すブロック図である。位相設定部２０は、乱数発生器２１および位相計算部２２を備えて構成されている。まず、乱数発生器２１によって乱数が生成される。次の位相計算部２２では、図２のステップＳ１の帯域分割処理において分割された各帯域（ｍ，ｎ）の位相（以下、φ（ｍ，ｎ）とする）を、生成した乱数（ＲＡＮＤ）と次の（１）式とを用いて設定する。計算された各帯域の位相は、図９の位相記憶領域３２に格納される。
【００３８】
【数１】
0003771156.tif 000002
【００３９】
図６は、位相設定処理を示すフローチャートである。まずステップＳ１１で、分割された帯域の位置がｍ＝０，ｎ＝０、すなわち原点であれば、ステップＳ１２に進み、位相φ（ｍ，ｎ）を０に設定する。また、分割された帯域の位置がｍ＝０，ｎ＝０以外、すなわち原点以外であれば、ステップＳ１３に進み、２π×ＲＡＮＤとして、０から２πの乱数を各帯域の位相として設定する。ｍ＝０，ｎ＝０では周波数が０、すなわち直流成分を表すので、位相φ（ｍ，ｎ）を０として計算し、交流成分が変動することを防止している。ステップＳ１２，Ｓ１３において位相を設定した後、ステップＳ１４では、全帯域について処理が終了したかどうかを判断し、処理が終了していなければステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。全帯域が終了していれば、位相設定処理を終了する。
【００４０】
次に、図２のステップＳ３におけるノイズ生成部３０のノイズ生成処理について説明する。図７は、ノイズ生成処理を示すフローチャートである。
【００４１】
まずステップＳ２１で、ノイズマトリクスの値を格納するときに用いる変数の初期化を行う。ステップＳ２２では、位相φ（ｍ，ｎ）を読み込む処理を行う。ステップＳ２３では、周波数帯域（ｍ，ｎ）におけるパワースペクトル（以下、Ｆ（ｍ，ｎ）とする）を読み込む処理を行う。ステップＳ２４では、周波数帯域（ｍ，ｎ）における重み係数（以下、Ｗ（ｍ，ｎ）とする）の設定を行う。ステップ２５では、後述する（２）式に基づいてノイズマトリクスの計算を行う。その際、ステップＳ２２，Ｓ２３およびＳ２４で得られた位相φ（ｍ，ｎ）、パワースペクトルＦ（ｍ，ｎ）および重み係数Ｗ（ｍ，ｎ）を（２）式に代入することで、ノイズマトリクスが求められる。ステップＳ２６では、全帯域について処理が終了しているかどうかを判断し、処理が終了していればステップＳ２７に進む。また、処理が終了していなければ、ステップＳ２２に戻って各処理が繰り返される。ステップＳ２７では、ノイズマトリクスの要素（ｋ，ｌ）の値が出力される。
【００４２】
（２）式は、図４に示すようにν≧０の空間周波数帯域においてパワースペクトルの設定を行った場合のノイズマトリクスの生成式である。すなわち、ノイズマトリクスであるNoise'の値を、Ｆ（ｍ，ｎ）、Ｗ（ｍ，ｎ）およびφ（ｍ，ｎ）から求める。ここで、（２）式のNoise'k,lはノイズマトリクスの要素（ｋ，ｌ）の値を表している。
【００４３】
【数２】
0003771156.tif 000003
【００４４】
また、次の（３）式で表される重み係数Ｗ（ｍ，ｎ）は、ｍ，ｎの値に応じてｍ＝０，ｎ＝０のとき１／２、ｍ＜０，ｎ＝０のとき０、それ以外のとき１が、それぞれ与えられる。位相φ（ｍ，ｎ）、パワースペクトルＦ（ｍ，ｎ）、重み係数Ｗ（ｍ，ｎ）の積の全空間周波数帯域についての和が、全体のノイズマトリクス要素（ｋ，ｌ）の値になる。
【００４５】
【数３】
0003771156.tif 000004
【００４６】
図８は、重み係数設定処理を示すフローチャートである。まずステップＳ３１で、分割された帯域の位置がｍ＝０，ｎ＝０、すなわち原点であるかどうかの判断をする。ｍ＝０，ｎ＝０であればステップＳ３２に進み、重み係数を１／２に設定する。また、ステップＳ３１において、ｍ＝０，ｎ＝０でなければステップＳ３３に進み、ｍ＜０，ｎ＝０であるかどうかの判断をする。ｍ＜０，ｎ＝０であれば、ステップＳ３４に進み、重み係数を０に設定する。また、ステップＳ３３においてｍ＜０，ｎ＝０でなければステップＳ３５に進み、重み係数を１に設定する。
【００４７】
以上の重み係数設定処理を、ノイズマトリクスを構成する全ての要素について行うことによって、所望の周波数特性を持つ空間周波数のノイズマトリクスを生成することができる。
【００４８】
また図９は、ノイズ生成部３０の構成を示すブロック図である。ノイズ生成部３０は、パワースペクトル記憶領域３１、位相記憶領域３２およびノイズデータ算出部３３を備えて構成されている。パワースペクトル記憶領域３１は、所望の周波数帯域を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを格納する。位相記憶領域３２は、位相設定部２０で設定された各帯域の位相を格納する。ノイズデータ算出部３３は、パワースペクトル記憶領域３１および位相記憶領域３２からそれぞれ読み込んだパワースペクトルと位相とに基づいて、（２）式を用いてノイズマトリクスデータを算出する。各帯域のパワースペクトルの近似方法としては、その帯域における中央値などの１点のパワースペクトルで近似するようにしてもよいし、または、複数の点の平均値で近似するようにしてもよい。
【００４９】
次に、図２のステップＳ５におけるノイズ正規化処理およびステップＳ６におけるノイズ増幅処理について説明する。正規化および増幅の方法としては、たとえば（４）式に示すように、求めたノイズマトリクスをノイズマトリクスの絶対値の最大値（以下、Noise_maxとする）で割り、これに、値ｔをかけて、ノイズマトリクスの範囲を[−ｔ：ｔ］にしてもよいし、または、（５）式に示すように、平均が０、分散がσになるように変換を施してもよい。
【００５０】
【数４】
0003771156.tif 000005
【００５１】
以上のノイズ生成処理によって、所望の周波数特性を持つ空間周波数のノイズマトリクスが生成され、最後に、ノイズ増幅部５０で所望の強度を持つようにノイズマトリクスの各要素の値を調整する。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態であるノイズ生成装置およびノイズ生成方法について説明する。本実施形態は、第１の実施形態と類似し、図１のノイズ生成部３０の処理方法のみ異なり、他は第１の実施形態と同様であるので、ノイズ生成処理について説明し、他の処理の説明は省略する。図１０は、ノイズ生成処理を示すフローチャートである。図１０は、図７に示すノイズ生成処理のフローチャートとほぼ同様で、パワースペクトルの読み込みが、パワースペクトルの設定となっている点のみが異なっている。つまり、本実施形態では、予め記憶された１つのパワースペクトルを読み込むのではなく、複数のパワースペクトルから選択して設定する構成となっている。このステップＳ４３のパワースペクトルＦ（ｍ，ｎ）の設定以外は、図７のフローチャートと同様であるので説明を省略する。
【００５３】
図１１は、ノイズ生成部３０の構成を示すブロック図である。ノイズ生成部３０は、位相記憶領域３２、ノイズデータ算出部３３およびパワースペクトル設定部３４を備えて構成されている。位相記憶領域３２は、位相設定部２０で設定された各帯域の位相を格納する。パワースペクトル設定部３４は、所望の周波数帯域を近似するように各帯域のパワースペクトルを設定する。ノイズデータ算出部３３は、位相記憶領域３２およびパワースペクトル設定部３４からそれぞれ読み込んだ位相とパワースペクトルとに基づいて、（２）式を用いてノイズマトリクスデータを算出する。
【００５４】
次に、パワースペクトル設定部３４における処理について説明する。図１２は、パワースペクトル設定部３４の構成を示すブロック図である。パワースペクトル設定部３４は、パワースペクトル記憶領域３１および周波数特性選択部３５を備えて構成されている。パワースペクトル記憶領域３１は、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを、周波数特性ごとに複数格納する。周波数特性選択部３５は、ユーザが所望する周波数特性に応じたパワースペクトルを選択し、ノイズデータ算出部３３に出力してノイズマトリクスの生成を行う。たとえば、パワースペクトル記憶領域３１に、ホワイトノイズのパワースペクトル（１）、１／ｆノイズのパワースペクトル（２）およびブルーノイズのパワースペクトル（３）のデータが格納されている場合、周波数特性選択部３５によって（１）のパワースペクトルデータが選択されると、パワースペクトル記憶領域３１からホワイトノイズのパワースペクトルが読み込まれ、ノイズデータ算出部３３によって、ホワイトノイズが生成される。（２），（３）のパワースペクトルデータが選択された場合も同様にして、１／ｆノイズ、ブルーノイズが生成される。
【００５５】
図１３は、パワースペクトル設定処理を示すフローチャートである。ステップＳ５１では、ユーザが所望する周波数特性を選択する。ステップＳ５２では、ステップＳ５１で選択した周波数特性に応じたパワースペクトルを読み出す処理を行う。このようにして、容易に周波数特性を変更することができ、所望の周波数特性に応じたノイズマトリクスを生成することができる。
【００５６】
次に、本発明の第３の実施形態であるノイズ生成装置およびノイズ生成方法について説明する。本実施形態は、第１の実施形態と類似し、図１のノイズ生成部３０におけるパワースペクトル設定部３４の処理方法のみ異なり、他は第１の実施形態と同様であるので、本実施形態のパワースペクトル設定部３４ａにおける処理について説明し、他の処理の説明は省略する。図１４は、パワースペクトル設定部３４ａの構成を示すブロック図である。パワースペクトル設定部３４ａは、パワースペクトル計算部３６を備えて構成されている。第２の実施形態において、パワースペクトル記憶領域３１からパワースペクトルを読み込む代わりに、パワースペクトル計算部３６では、所望の周波数特性を近似するように設定された各帯域のパワースペクトルを、周波数特性ごとに計算する。たとえば、パワースペクトル計算部３６で、次の（６）式に示すような計算が行われる場合には、生成されるノイズは１／ｆノイズとなる。
【００５７】
【数５】
0003771156.tif 000006
【００５８】
また図１５は、パワースペクトル設定処理を示すフローチャートである。ステップＳ６１では、所望の周波数特性に対応する空間周波数を計算する。すなわち、（６ａ）式におけるｒの値を求める。ステップＳ６２では、各帯域のパワースペクトルをパワースペクトル計算部３６において計算する。このようにして、予めパワースペクトルを設定しなくても、計算によってパワースペクトルを生成することができる。
【００５９】
次に、本発明の第４の実施形態であるノイズ生成装置およびノイズ生成方法について説明する。本実施形態は、第１の実施形態と類似し、図１のノイズ生成部３０におけるパワースペクトル設定部３４の処理方法のみ異なり、他は第１の実施形態と同様であるので、本実施形態のパワースペクトル設定部３４ｂにおける処理について説明し、他の処理の説明は省略する。図１６は、パワースペクトル設定部３４ｂの構成を示すブロック図である。パワースペクトル設定部３４ｂは、図１６に示すように、周波数特性選択部３５および複数のパワースペクトル計算部３６を備えて構成されている。パワースペクトル計算部３６は、所望の周波数特性を近似するように設定されたパワースペクトルを、周波数特性ごとに計算する。周波数特性選択部３５は、ユーザが所望する周波数特性に応じたパワースペクトル計算部３６を選択する。パワースペクトル計算部３６を複数用意することによって、異なった周波数特性を持つノイズマトリクスを生成することが可能となる。
【００６０】
図１７は、図１６のパワースペクトル設定部３４ｂにおけるパワースペクトル設定処理を示すフローチャートである。まずステップＳ７１で、所望の周波数特性に対応する空間周波数を計算する。ステップＳ７２では、ユーザが所望する周波数特性を選択する。ステップＳ７３では、ステップＳ７２で選択した周波数特性に応じた各帯域のパワースペクトルを計算する。このようにして生成したパワースペクトルは、図１１の位相記憶領域３２にある位相データとともにノイズデータ算出部３３に出力してノイズマトリクスが生成される。本実施形態では、選択するパワースペクトル計算部３６を変更することで、容易にパワースペクトルを変更することができる。
【００６１】
次に、本発明の第５の実施形態であるノイズ生成装置およびノイズ生成方法について説明する。本実施形態は、第１の実施形態と類似し、図１のノイズ生成部３０におけるパワースペクトル設定部３４の処理方法のみ異なり、他は第１の実施形態と同様であるので、本実施形態のパワースペクトル設定部３４ｃにおける処理について説明し、他の処理の説明は省略する。図１８は、パワースペクトル設定部３４ｃの構成を示すブロック図である。パワースペクトル設定部３４ｃは、図１８に示すように、パワースペクトル計算部３６および関数パラメータ設定部３７を備えて構成されている。パワースペクトル計算部３６は、所望の周波数特性を近似するように設定されたパワースペクトルを、関数によって計算する。関数パラメータ設定部３７は、ユーザが所望する周波数特性に応じて関数のパラメータを設定し、所望の周波数特性を表現する関数の形状を決定する。すなわち、関数の形状が決定した後、パワースペクトル計算部３６によって各帯域のパワースペクトルを計算する。計算したパワースペクトルデータは、図１１の位相記憶領域３２にある位相データとともにノイズデータ算出部３３に出力して、ノイズマトリクスが生成される。
【００６２】
パワースペクトル設定部３４ｃのパワースペクトル設定処理において、たとえば（７）式に示すようなパラメータα，βによって形状が変わる関数をパワースペクトル計算部３６に設定しておく。関数パラメータ設定部３７において、α＝０，β＝０と設定すると、均一な強度分布を持つパワースペクトルが算出され、生成されるノイズはホワイトノイズとなる。また、関数パラメータ設定部３７において、α＝−１，β＝０と設定すると、パワースペクトルがｒに逆比例する分布を持つパワースペクトルが算出され、生成されるノイズは１／ｆノイズとなる。また同様に、βの値を変化させることで、高周波のノイズを生成することも可能となる。また図１９は、図１８のパワースペクトル設定部３４ｃのパワースペクトル設定処理を示すフローチャートである。まずステップＳ８１では、ユーザが所望する周波数特性に応じて関数のパラメータを設定する。ステップＳ８２では、所望の周波数特性に対応する空間周波数を計算する。すなわち、（７ａ）式におけるｒの値を求める。ステップＳ８３では、ステップＳ８１における関数のパラメータに応じた、各帯域のパワースペクトルを計算する。
【００６３】
【数６】
0003771156.tif 000007
【００６４】
また本発明は、ノイズ生成処理プログラムを記録する記録媒体をコンピュータに実行させて、所望の周波数特性のノイズを生成するノイズ生成装置を実現してもよい。
【００６５】
この結果、ノイズ生成処理を行うプログラムを記録した記録媒体の持ち運びが自由にできる。
【００６６】
なお、本発明の実施形態では、記録媒体としては、マイクロコンピュータで処理が行われるため、メモリ、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）そのものがプログラムメディアであってもよいし、また、外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、記録媒体を挿入することで読み取り可能なプログラムメディアであってもよい。
【００６７】
いずれの場合においても、格納されているプログラムはマイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であってもよいし、あるいは、いずれの場合もプログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。ダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。
【００６８】
ここで、上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープなどのテープ系、フレキシブルディスクやハードディスクなどの磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）、ＭＯ（Magnet Optical）ディスク、ＭＤ（Mini Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの光ディスクのディスク系、ＩＣ（Integrated Circuit）カード（メモリカードを含む）、光カードなどのカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Only Memory）、フラッシュＲＯＭなどによる半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。
【００６９】
また、本発明の実施形態においては、インターネットを含む通信ネットワークを接続可能なシステム構成とし、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する媒体であってもよい。なお、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、ダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別の記録媒体からインストールされるものであってもよい。
【００７０】
上記記録媒体は、コンピュータシステムに備えられるプログラム読み取り装置により読み取られることで上述したノイズ生成方法が実行され、ユーザの好みに応じて用いることが可能となる。
【００７１】
コンピュータシステムシステムは、フラットベッドスキャナ、フィルムスキャナ、デジタルカメラなどの画像入力装置、所定のプログラムがロードされることにより上記ノイズ生成方法など様々な処理が行われるコンピュータ、コンピュータの処理結果を表示するＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイなどの画像表示装置およびコンピュータシステムの処理結果を紙などに出力するプリンタより構成される。さらには、ネットワークを介してサーバーなどに接続するための通信手段としてのモデムなどが備えられる。
【００７２】
本実施形態によるノイズ生成方法をこのコンピュータシステムで実行する場合、入力画面より、ノイズマトリクスのサイズの設定およびパワースペクトルの選択などを任意に行うことができる。すなわち、ノイズの周波数スペクトルを計算するときはその形状がわかればよいのでΔμ，Δνの値を入力する必要はなく、画像データにノイズを重畳する際には、画像出力装置の解像度に基づいて補正を行えばよい。さらに、関数を用いてパワースペクトルを計算する場合はパラメータを入力すればよい。
【００７３】
また、画像表示装置に結果を表示し、それを基に改めて設定し直すなどユーザの好みに応じた処理が可能となる。パワースペクトルを選択するとき、ノイズの種類だけでなく周波数特性のグラフやノイズを重畳した画像サンプルを表示して選択するようにしてもよい。上記の設定や変更は、キーボードやマウスを用いて行われる。
【００７４】
また、本発明の結果を用いて、画像入力装置やネットワークを介して入力された画像データにノイズ重畳処理を行ってもよい。この場合、本実施形態によるノイズ生成方法によって生成されたノイズマトリクスをハードディスクなどの記憶手段に格納しておき、適宜必要なノイズデータを読み出して画像データに対して処理を行えばよい。また、デジタル複写機などの画像処理装置に適用する場合は、本実施形態のノイズ生成方法で作成されたノイズマトリクスをマトリクステーブルとしてメモリに格納しておき、所定の条件に応じてノイズ重畳処理を行えばよい。具体的には、画像出力装置の解像度が１２００ｄｐｉの場合、画像データを６４×６４画素のブロックに分割してブロックごとにノイズ重畳処理を行う。まず画像データを６４×６４画素のブロックに分割し、マトリクステーブルを参照して各ブロックにノイズを重畳する。このような処理を経て、所望の周波数特性のノイズが重畳された画像が得られ、所望の周波数特性のノイズが重畳された画像を基にして、ノイズ重畳処理のノイズの影響を容易にシミュレーションによって評価することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、所望の周波数特性を持つノイズマトリクスを容易に生成することができる。
【００７６】
また本発明によれば、ノイズの大きさを任意に変更することができる。
また本発明によれば、所望の周波数特性に対応したノイズマトリクスを容易に生成することができる。
【００７７】
また本発明によれば、所望する種々の周波数特性に応じたノイズマトリクスを容易に生成することができる。また、パワースペクトルの選択の仕方によって、異なる濃度領域であっても別の種類のノイズを重畳することができる。
【００７８】
また本発明によれば、周波数特性をそのまま記憶させる場合に比べて、記憶領域を削減できる。
【００７９】
また本発明によれば、１つの関数を用意するだけで種々の周波数特性を持つノイズマトリクスを容易に生成することができ、関数を複数用意する場合に比べて記憶領域を削減できる。
【００８０】
また本発明によれば、所望の周波数特性を持つノイズマトリクスを容易に生成することができる。
【００８１】
また本発明によれば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの汎用のコンピュータにＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を介して、あるいは、ネットワークからのダウンロードによりプログラムを読み込ませることで、ノイズを生成することができる。また、生成したノイズデータをメモリなどに格納しておき、コンピュータに読み込まれた画像、デジタル複写機および複合機に入力された画像に対してノイズ重畳処理を施し画像を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるノイズ生成装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のノイズ生成装置１におけるノイズ生成処理を示すフローチャートである。
【図３】空間周波数帯域の分割方法を示す図である。
【図４】設定する空間周波数帯域を全帯域の半分にした場合の、帯域分割の方法を示す図である。
【図５】位相設定部２０の構成を示すブロック図である。
【図６】位相設定処理を示すフローチャートである。
【図７】ノイズ生成処理を示すフローチャートである。
【図８】重み係数設定処理を示すフローチャートである。
【図９】ノイズ生成部３０の構成を示すブロック図である。
【図１０】ノイズ生成処理を示すフローチャートである。
【図１１】ノイズ生成部３０の構成を示すブロック図である。
【図１２】パワースペクトル設定部３４の構成を示すブロック図である。
【図１３】パワースペクトル設定処理を示すフローチャートである。
【図１４】パワースペクトル設定部３４の構成を示すブロック図である。
【図１５】パワースペクトル設定処理を示すフローチャートである。
【図１６】パワースペクトル設定部３４の構成を示すブロック図である。
【図１７】図１６のパワースペクトル設定部３４におけるパワースペクトル設定処理を示すフローチャートである。
【図１８】パワースペクトル設定部３４の構成を示すブロック図である。
【図１９】図１８のパワースペクトル設定部３４のパワースペクトル設定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ノイズ生成装置
１０  帯域分割部
２０  位相設定部
２１  乱数発生器
２２  位相計算部
３０  ノイズ生成部
３１  パワースペクトル記憶領域
３２  位相記憶領域
３３  ノイズデータ算出部
３４  パワースペクトル設定部
３５  周波数特性選択部
３６  パワースペクトル計算部
３７  関数パラメータ設定部
４０  ノイズ正規化部
５０  ノイズ増幅部
【図１】
0003771156.tif 000008
【図２】
0003771156.tif 000009
【図３】
0003771156.tif 000010
【図４】
0003771156.tif 000011
【図５】
0003771156.tif 000012
【図６】
0003771156.tif 000013
【図７】
0003771156.tif 000014
【図８】
0003771156.tif 000015
【図９】
0003771156.tif 000016
【図１０】
0003771156.tif 000017
【図１１】
0003771156.tif 000018
【図１２】
0003771156.tif 000019
【図１３】
0003771156.tif 000020
【図１４】
0003771156.tif 000021
【図１５】
0003771156.tif 000022
【図１６】
0003771156.tif 000023
【図１７】
0003771156.tif 000024
【図１８】
0003771156.tif 000025
【図１９】
0003771156.tif 000026