JP2009189003A - 画像処理装置、画像処理方法および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像信号の属性に応じた平滑化処理および強調処理を簡素な構成で行うことができる画像処理装置、画像処理方法および画像形成装置を提供する。
【解決手段】像域識別信号生成部２００は画像の属性を示す像域識別信号を生成する。また制御部１０は、画像信号を平滑化処理部２０１と入力信号変換部２０２にそれぞれ入力する。平滑化処理部２０１では、画像信号のうち低い周波数成分を抽出して平滑化処理を行う。入力信号変換部２０２では、画像信号の属性に適した階調変換（圧縮や伸長）を行う。次に強調量抽出部２０３は、階調変換を行った画像信号について、文字のエッジやパッチのエッジで発生する高い周波数成分を抽出する一方、パッチの平坦な部分で発生する低い周波数成分を除去することで、エッジ部分を強調する強調成分の抽出を行う。次に強調量変換部２０４は、得られたエッジの強調量をその大きさに応じて変換する。信号合成部２０５は、平滑化した画像信号と、変換したエッジの強調量とを合成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像信号のシャープネスを補正する画像処理装置、画像処理方法および画像形成装置に関する。

デジタルカラー複合機やカラープリンタ等に組み込まれている画像処理装置において、読み取った画像を補正する処理のひとつに、フィルタ処理がある。フィルタ処理によって、網点などの周期構造に対する、画像空間周波数に応じたゲインの制御（原稿となる印刷物の網点線数に対応する画像空間周波数の強調を弱めることによる網点の平滑化）によるモアレ抑制の効果や、連続階調における文字エッジなどに対する強調（シャープネス）効果が得られる。

フィルタ処理における画像信号の強調（シャープネス調整）方法として、ユーザ入力より指定されたシャープネス調整値に対し、Ｎ×Ｎ画素のフィルタマトリクスに対応するフィルタ係数Ｎ×Ｎ個を再計算し、該当するASICレジスタへの設定を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、サンプリングレートの異なる画像信号に対し、適切なフィルタ係数によるフィルタ処理を行っており、過剰なアンシャープネス処理を必要とすることなく、モアレを抑制することが可能であることが開示されている。

特開２００３−２４８８２１号公報

しかし、従来のフィルタ処理の場合、単一のフィルタのみで平滑化とシャープネス調整を行うため強調量の制御に制約があり、連続階調における画像信号の変化が大きい部分を一律に強調する作用があった。よって、文字部が強調されるのはよいが、パッチエッジ（一様濃度のパッチ領域のエッジ部分）などあまり強調したくない部分に対しても過強調を施してしまう場合があった。また、逆に過強調を抑えようと調整すると、今度は画像信号のベースレベルまで減少してしまい、画像が粗くなってしまう。また、特許文献１の技術は、解像度によってフィルタ係数を変更しなければならないため煩雑であり、さらに多くのパラメータを必要とし、膨大なメモリが必要となる。

本発明はこのような点を考慮してなされたもので、画像信号の属性に応じた平滑化処理および強調処理を簡素な構成で行うことができる画像処理装置、画像処理方法および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像処理装置は、画像信号の平滑化および強調処理を行う画像処理装置において、前記画像信号の属性を識別する像域識別信号を生成する識別信号生成部と、前記識別信号生成部により生成された前記像域識別信号に基づき、前記画像信号を平滑化する平滑化処理部と、所定の階調よりも階調の低い前記画像信号に対してはその階調をさらに圧縮し、前記所定の階調よりも階調の高い前記画像信号に対してはその階調をさらに伸長するように前記画像信号の階調を変換する入力信号変換部と、前記入力信号変換部で階調変換された前記画像信号から、前記画像信号に含まれるエッジの強調量を抽出する強調量抽出部と、前記強調量抽出部で抽出された前記強調量の大小により、前記強調量をさらに大きくあるいは小さくなるように変換する強調量変換部と、前記強調量変換部で変換された強調量と、前記平滑化処理部で平滑化された前記画像信号とを合成する信号合成部とを具備していることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、請求項１に記載の画像処理装置と、前記信号合成部により合成された画像信号に基づいて、画像を形成する画像記録部を具備することを特徴とする。

本発明に係る画像処理方法は、画像信号の平滑化および強調処理を行う画像処理方法において、前記画像信号の属性を識別する像域識別信号を生成し、生成された前記像域識別信号に基づき、前記画像信号を平滑化し、所定の階調よりも階調の低い前記画像信号に対してはその階調をさらに圧縮し、前記所定の階調よりも階調の高い前記画像信号に対してはその階調をさらに伸長するように前記画像信号の階調を変換し、階調変換された前記画像信号から、前記画像信号に含まれるエッジの強調量を抽出し、抽出された前記強調量の大小により、前記強調量をさらに大きくあるいは小さくなるように変換し、変換された強調量と、平滑化された前記画像信号を合成することを特徴とする。

本発明に係る画像処理装置、画像処理方法および画像形成装置によれば、画像信号の属性に応じた平滑化処理および強調処理を簡素な構成で行うことができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示すブロック図。 同上の実施形態におけるシャープネス処理部の概略構成を示すブロック図。 （Ａ）は同上の実施形態における平滑化処理部に設定されるフィルタ係数を表す周波数特性を示す図、（Ｂ）は同上の実施形態における強調量抽出部に設定されるフィルタ係数を表す周波数特性を示す図。 同上の実施形態における強調処理の動作を示すフローチャート。 同上の実施形態における入力変換部の階調変換の設定を示す図。 同上の実施形態における画像信号の強調量を示す図。 同上の実施形態における強調量変換部の強調量変換の設定を示す図。 同上の実施形態における、ユーザ入力による強調量変換部の設定を示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態である画像形成装置１、例えば、デジタルＭＦＰ（Digital Multi-Function Peripheral）のシステム構成例を示す図である。この画像形成装置１は、デジタルカラー複合機として機能するもので、例えば、コピー機能、プリンタ機能、スキャナー機能、ＦＡＸ機能、ストレージ機能等が実現される。

画像形成装置１は、読取部１１、画像処理部１２、ページメモリ部１３、画像記録部１４を備えており、これらの構成によってコピー機能を実現している。読取部１１は、原稿を、例えば３ラインＣＣＤセンサで光学的に読み取り、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーデジタル画像信号に変換する。

画像処理部１２は、スキャナー系画像処理部２１、プリンタ系画像処理部２２、およびシャープネス処理部２０を含む。

スキャナー系画像処理部２１は、主走査方向の信号レベルの不均一性を補正するシェーディング補正等の各種画像処理を行う。また、コピー機能として動作する場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色から例えばシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の色信号に変換してページメモリ部１３へ出力する一方、スキャナー機能として動作する場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色としてページメモリ部１３へ出力する。

プリンタ系画像処理部２２は、ページメモリ部１３から出力される画像信号に対して、印刷のための画像処理、例えばγ補正処理や階調処理等を行い、画像記録部１４に出力する。

シャープネス処理部２０は、読取部１１またはページメモリ部１３から入力された画像信号に対して平滑化および強調（シャープネス）処理を行う。詳細は後に記載する。

ページメモリ部１３は、スキャナー系画像処理部２１で出力した画像信号を、例えばページ単位で一時的に記憶し、再度画像処理部１２へ出力する。

画像記録部１４は、例えば電子写真方式で記録紙に画像を印刷する構成品であり、露光装置、感光ドラム、現像装置等（いずれも図示せず）等を備えて構成されるものである。

また画像形成装置１は、ストレージ部１５、プリンタコントローラ部１６、ＦＡＸコントローラ部１７、電子データ作成部１８、外部Ｉ／Ｆ部１９、を備えている。これらの構成品は、画像形成装置1をストレージ機能、プリンタ機能、ＦＡＸ機能、スキャナー機能等として動作させる場合に用いられるものである。

ストレージ部１５は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）で構成されるものであり、読取部１１で読み取った画像信号や外部のパーソナルコンピュータ等から入力した画像信号を記憶する。ストレージ部１５に記憶された画像信号は必要に応じて読み出され、画像記録部１４で印刷し、或いは、スキャンデータとして外部に出力することができる。

電子データ作成部１８は、画像形成装置１をスキャナー機能として動作させる際に、画像信号を所定のデータフォーマットに変換しスキャンデータを生成する。生成されたスキャンデータは、外部Ｉ／Ｆ部１９を介して外部に出力される。

ＦＡＸコントローラ部１７は、画像形成装置１をＦＡＸ機能として動作させるものである。読取部１１で読み取られた画像信号をＦＡＸ用のデータフォーマットに変換し、外部Ｉ／Ｆ部１９を介して外部の電話回線に出力する。また、電話回線から入力されるＦＡＸデータを画像信号に変換して、画像記録部１４で印刷を行うことができる。

プリンタコントローラ部１６は、画像形成装置１をプリンタ機能として動作させる際にプリント機能に必要となる各種制御や各種処理を行う。制御部１０は、画像形成装置１の全体に係る制御を行っている。

図２は、画像処理部１２内のシャープネス処理部２０の詳細を示す図である。シャープネス処理部２０は、像域識別信号生成部２００、平滑化処理部２０１、入力信号変換部２０２、強調量抽出部２０３、強調量変換部２０４、信号合成部２０５を備える。

像域識別信号生成部２００は、処理対象である画像を構成する画素の画像信号に対して、「エッジ検出処理」、「無彩色判定処理」および「網点判定処理」のうち少なくともいずれかを行うことにより、各画素が構成している画像の種別を識別するための像域識別信号を生成する。ここで、像域識別信号生成部２００にて生成される像域識別信号は、「黒文字」、「色文字」、「パッチ」、「写真」のうち少なくともいずれかの画像を構成する画素を識別するための情報（属性）となっている。なお、上記の「パッチ」とは、図形画像等のように、ある濃度が所定の範囲でほぼ一様に分布しているような画像を指している。例えば、文字として識別された画像信号については、ＲＧＢあるいはＣＭＹＫの各色画像信号の値を比較し、信号値の差があらかじめ設定した閾値内であれば黒文字であると判定し、像域識別信号を「黒文字」と「色文字」とに区別する。像域識別信号生成部２００にて生成された像域識別信号は、後述の平滑化処理部２０１、入力信号変換部２０２、強調量抽出部２０３、強調量変換部２０４に対して送信される。

平滑化処理部２０１はローパスフィルタを有しており、入力された画像信号に対して平滑化処理を行い、画像信号のうち低い周波数成分のみを抽出して出力する。

入力信号変換部２０２は、例えばルックアップテーブルを備えて構成されており、入力された画像信号の階調を圧縮または伸長する変換を行う。

強調量抽出部２０３はバンドパスフィルタを有しており、入力信号変換部２０２で階調を変換させた画像信号に対して強調処理を行い、エッジにおける強調量を抽出する処理を行う。具体的には、フィルタ係数の総和が０となるよう設定し、強調成分のみを抽出する。

強調量変換部２０４は、例えばルックアップテーブルを備えて構成されており、強調量抽出部２０３で抽出したエッジの強調量を非線形に変換する。

なお、平滑化処理部２０１、入力信号変換部２０２、強調量抽出部２０３、強調量変換部２０４は、それぞれ像域識別信号生成部２００で生成された像域識別信号に応じて、パラメータの切り替えが可能である。例えば、平滑化処理部２０１、強調量抽出部２０３は、像域識別信号に応じてフィルタ係数のパラメータを変更する。図３（Ａ）に平滑化処理部２０１に設定される周波数特性の例を示し、図３（Ｂ）に強調量抽出部２０３に設定される周波数特性の例を示す。図３（Ｂ）は、強調量抽出部２０３のフィルタ係数を「文字用」と「写真用」とで切り換え、それぞれ異なった周波数特性を設定していることを示している。「文字用」の周波数特性はゲインのピークが高いため強い強調量が得られる。「写真用」の周波数特性はゲインのピークを低く、かつカットオフ周波数も低く設定しており、高いモアレ抑制効果が得られる。

シャープネス処理部２０は、平滑化処理部２０１と強調量抽出部２０３が並列となっており、強調量抽出部２０３の前段に入力信号変換部２０２、後段に強調量変換部２０４を備えている。信号合成部２０５は、平滑化処理部２０１の出力と、強調量変換部２０４の出力とを加算合成して出力する。

次に、上記構成の強調処理におけるシャープネス処理部２０の動作について、図４を参照して説明する。

制御部１０は、読取部１１またはページメモリ部１３から出力される画像信号を像域識別信号生成部２００に入力する。像域識別信号生成部２００は画像の属性を示す像域識別信号を生成する（ステップＳ１０１）。生成した像域識別信号は、シャープネス処理部２０内の平滑化処理部２０１、入力信号変換部２０２、強調量抽出部２０３、強調量変換部２０４に送られる。画像の属性は、黒文字、色文字、パッチ、写真のうち少なくともいずれかである。

また、制御部１０は、読取部１１またはページメモリ部１３から送られた画像信号を平滑化処理部２０１と入力信号変換部２０２にそれぞれ入力する（ステップＳ１０３）。

平滑化処理部２０１では、画像信号のうち低い周波数成分を抽出して平滑化処理を行う（ステップＳ１０４）。このとき平滑化処理部２０１は、前述した図３（Ａ）の例に示すように、ステップＳ１０１で生成された像域識別信号に基づいた、ローパスフィルタのフィルタ係数の設定をあらかじめ行っている。

入力信号変換部２０２では、例えば図５の階調変換特性を用いて、画像信号を階調変換する（ステップＳ１０５）。図５に示す特性は、所定の階調よりも階調が低い画像信号に対してはその階調をさらに圧縮し、前記所定の階調よりも階調の高い前記画像信号に対してはその階調をさらに伸長するように前記画像信号の階調を変換する特性を有している。この諧調変換特性により、画像信号の属性が写真等の低〜中階調の場合、画像信号の信号レンジ（階調）が圧縮され、後段にある強調処理の影響を受けにくくしている。一方、入力画像信号の属性が文字等の高階調の場合、画像信号の信号レンジ（階調）が伸長され、十分なエッジ強調が得られるようにしている。階調の高いパッチの場合にも信号レンジが伸長される。このように、画像信号の階調によって、図５の設定に従ってその画像信号の属性に適した変換（圧縮や伸長）を行う。

次に強調量抽出部２０３は、ステップＳ１０５で階調変換された画像信号に対して、文字のエッジやパッチのエッジで発生する高い周波数成分を抽出する一方、パッチの平坦な部分で発生する低い周波数成分を除去することで、エッジ部分を強調する強調成分の抽出を行う（ステップＳ１０７）。このとき強調量抽出部２０３は、前述した図３（Ｂ）の例に示すようにステップＳ１０１で生成された像域識別信号に基づいた、バンドパスフィルタのフィルタ係数があらかじめ設定されている。

強調量抽出部２０３を通過した後の出力は、図６に一点鎖線で示すように、文字やパッチのエッジに現れるスパイク状の信号となる。このスパイク状信号の大きさがエッジにおける強調量となる。図６より、文字の強調量（出力レベル）は大きく（鋭く）現れているが、パッチエッジの強調量は文字ほど大きく現れてなく、画像信号の属性で強調量が異なることが判る。この理由は、文字は通常２次元的に孤立しており、文字のエッジは主走査方向と副走査方向の双方に対して高い周波数成分を持っているのに対して、パッチのエッジは主走査方向と副走査方向のうちいずれか一方の方向は不連続であり高い周波数成分をもつが他方の方向は連続しているため低い周波数成分となることによる。このため、２次元のバンドパスフィルタの出力レベルは、文字のエッジの方がパッチのエッジより大きくなる。

次に強調量変換部２０４は、ステップＳ１０７で得られたエッジの強調量をその大きさに応じて変換する（ステップＳ１０９）。図７は、強調量変換の一例を示す図であり、横軸が強調量変換部２０４に入力されるエッジの強調量のレベルであり、縦軸が強調量変換部２０４から出力される変換後のエッジの強調量である。図７に示す強調量変換特性は非線形な変換特性となっており、入力される強調量が大きい領域では強調量を変化させない特性（傾きが１の線形変換特性）としている一方、入力される強調量が小さい領域では、変換特性の傾きを小さく設定して、強調量の出力が入力よりも小さくなるようにしている。

一般に、文字のエッジは強調しすぎてもそれ程不自然な画像とはならず、むしろエッジを十分強調した方が鮮明でくっきりとした文字画像となる。逆に、パッチのエッジを強調しすぎるとエッジ部のみが濃い画像となるため、パッチのエッジの強調は抑制した方が良好な画像が得られる。

前述したように、強調量抽出部２０３から出力されるエッジの強調量は、通常の文字の方がパッチよりも大きい。強調量変換部２０４は、エッジ強調効果を得たい文字の強調量はそのままの強調量として出力し、強調を抑えたいパッチエッジの強調量をさらに低減させている。

図６には、パッチエッジの強調量が強調量変換部２０４によってさらに低減されることを図中の点線で示している。

なお、図７では入力される強調量が小さい領域についてのみ変換特性の傾きを小さく設定して、パッチエッジの強調量を低減するようにしているが、入力される強調量が大きい領域についてのみ変換特性の傾きを大きく設定し、文字のエッジの強調量を増大するようにしてもよい。

強調量変換の特性は、図７に示すものだけではなく、像域識別信号に応じて様々なパラメータ設定があってもよい。例えば、黒文字の像域識別信号の場合は再現性が重要視されるので文字重視の設定、色文字の像域識別信号の場合は文字と他の部分の再現のバランスを考慮した設定、というように設定値を変更すれば、黒文字と色文字で強調量の度合いを区別することが可能である。

そして、信号合成部２０５は、ステップＳ１０４で平滑化した画像信号と、ステップＳ１０９で変換したエッジの強調量とを合成する（ステップＳ１１１）。

なお、図４ではステップＳ１０４の平滑化処理の後にステップＳ１０５〜Ｓ１０９の強調量変換処理が行われているが、ステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理の後にステップＳ１０４の処理を行っても、またはステップＳ１０４とステップＳ１０５〜Ｓ１０９とを並行して処理を行ってもよい。

また、強調量変換部２０４での強調量の設定は、ユーザからの入力によって調整することもできる。図８に調整の設定例を示す。例えば、ユーザが外部Ｉ／Ｆ部１９を用いシャープネス調整値を「+2」と指定すると、制御部１０はシャープネス処理部２０内の強調量変換部２０４における強調量変換の設定を、図８に示す「+2」の傾きに変更して設定する。よって、例えばユーザが文字をよりはっきりと出力したい場合等、強調量変換の設定をユーザの好みに合わせて出力することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、画像信号の平滑化処理と画像信号の強調処理をそれぞれ独立して行うため、文字等強調したい部分は強調され、パッチエッジ等あまり強調したくない部分は強調せずモアレを抑制するといった、画像信号に応じた処理を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１…画像形成装置、10…制御部、11…読取部、12…画像処理部、13…ページメモリ部、14…画像記録部、15…ストレージ部、16…プリンタコントローラ部、17…ＦＡＸコントローラ部、18…電子データ作成部、19…外部Ｉ/Ｆ部、20…シャープネス処理部、21…スキャナー系画像処理部、22…プリンタ系画像処理部、200…像域識別信号生成部、201…平滑化処理部、202…入力信号変換部、203…強調量抽出部、204…強調量変換部、205…信号合成部。

Claims (10)

1. 画像信号の平滑化および強調処理を行う画像処理装置において、
   前記画像信号の属性を識別する像域識別信号を生成する識別信号生成部と、
   前記識別信号生成部により生成された前記像域識別信号に基づき、前記画像信号を平滑化する平滑化処理部と、
   所定の階調よりも階調の低い前記画像信号に対してはその階調をさらに圧縮し、前記所定の階調よりも階調の高い前記画像信号に対してはその階調をさらに伸長するように前記画像信号の階調を変換する入力信号変換部と、
   前記入力信号変換部で階調変換された前記画像信号から、前記画像信号に含まれるエッジの強調量を抽出する強調量抽出部と、
   前記強調量抽出部で抽出された前記強調量の大小により、前記強調量をさらに大きくあるいは小さくなるように変換する強調量変換部と、
   前記強調量変換部で変換された強調量と、前記平滑化処理部で平滑化された前記画像信号とを合成する信号合成部と
   を具備していることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記強調量変換部は、
   前記強調量抽出部で抽出された前記強調量が所定値よりも小さいときは、前記強調量がさらに小さくなるように前記強調量を変換し、
   前記強調量抽出部で抽出された前記強調量が所定値よりも大きいときは、前記強調量がさらに大きくなるように前記強調量を変換する
   ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記像域識別信号は、黒文字、色文字、パッチ、写真である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
4. 前記平滑化処理部は、前記像域識別信号に基づいて設定したフィルタ係数を有するローパスフィルタを用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
5. 前記強調量抽出部は、前記像域識別信号に基づいて設定したフィルタ係数を有するバンドパスフィルタを用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
6. 前記入力信号変換部は、前記像域識別信号が写真の場合、当該画像信号を圧縮し、前記像域識別信号が文字の場合、当該画像信号を伸長する、
   ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
7. 前記強調量変換部は、前記強調量抽出部で強調された前記画像信号のうち、文字以外の強調量を低減させる、
   ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
8. 前記強調量変換部は、強調量を任意で変更可能である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
9. 請求項１に記載の画像処理装置と、
   前記信号合成部により合成された画像信号に基づいて、画像を形成する画像記録部、
   を具備することを特徴とする画像形成装置。
10. 画像信号の平滑化および強調処理を行う画像処理方法において、
    前記画像信号の属性を識別する像域識別信号を生成し、
    生成された前記像域識別信号に基づき、前記画像信号を平滑化し、
    所定の階調よりも階調の低い前記画像信号に対してはその階調をさらに圧縮し、前記所定の階調よりも階調の高い前記画像信号に対してはその階調をさらに伸長するように前記画像信号の階調を変換し、
    階調変換された前記画像信号から、前記画像信号に含まれるエッジの強調量を抽出し、
    抽出された前記強調量の大小により、前記強調量をさらに大きくあるいは小さくなるように変換し、
    変換された強調量と、平滑化された前記画像信号を合成する、ことを特徴とする画像処理方法。

Images