JPS61293068A - 画像処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は画像入力装置により得られた濃度データを平均
誤差最小法に基ずく処理を用いることにより、高品質の
二値化画像を出方する画像処理方法及び画像処理回路に
関する。

〔技術的背景〕

ド９トマトリックスプリンタにおいて、中間調のある画
像を出力する場合に画像の二値化処理ｈ″−−必要る。

この二値化方法は各種発表されている。このうち平均誤
差最小法と名付けられた方式ｈ”−現在量も画質が良い
とされる。

この方式は画質は良いとされるものの、処理方法が複雑
なため処理に時間が掛り過ぎ、実用にはむかないとされ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はこの欠点を除去したもので、その目的は画像の
回状性を維持した−）：まで５画像入力装置からの画像
の入力速度、または画像の出方装置の出力速度と同程度
またはそれ以上の速度で画像の二値化処理を行なうこと
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は画像入力装置より得られた中間調を有する画像
データを平均誤差最小法に基ずく二値化処理を行なう画
像処理方法に関するものである。

本発明は前期処理の改良として、誤差データに掛けるウ
ェイト値を２のべぎ数とするとともに、ウェイト値の合
計が２のべき数となるよう次ウェイトマトリックスを変
更した二値化処理方法を用いる。また前期改良された二
値化処理方法により第１図に示すデジタル画像処理回路
を考案した。

第１図において、１はデータセレクタ、２けデータラッ
チＡ％３はフルアダー、４はデータラッチＢ、５け二値
化データ出力回路、６はシステムコントローラー、７け
メモリーアドレスカウンタ、８は誤差データメモリーで
ある。

まず本発明の基礎となる。Ｔ、　Ｆ、　　Ｊαγυ１８
　　による方法を説明する。画像は、縦横ＭＸＮ個の画
素に分割されて、左から右へ、上から順にスキャンされ
るものとする。また、位置（ｍ、ｗ）の入力濃度データ
を２ｍ、ｔｖ、二値化結果を傭、ｎ、誤差データをＥｍ
　、　ｎとする。

今、位置（ｍ、ｗ）の画素１ｍ、ｎ　　に注目し、位置
（７Ｍ、、？Ｌ−１）までの画素については、すでに二
値化が終了しているものとする。まず、位置（？？？、
、ｎ）の修正濃度Ｐｍ　、　ｎを求める。

ｋ＝−２，−１，０，１，２ １＝−２，−１，０ ここで、Ｅは処理時に生じた二値化誤差でその導出方法
は後に示す。Ｗけウェイトマトリックスと呼ばれるもの
で、次のような値をもつ（第２図）Ｗ−２，−２＝Ｉ　
　Ｗ−１，−２＝３　　ＷＯ，−２’＝５Ｗ＋１．−２
＝３　　Ｗ＋２．−２−１Ｗ−２，−１＝３　　Ｗ−１
，−１＝５　　ＷＯ，−１＝７Ｗ＋１．　−１＝５　　
　Ｗ＋２．　−１＝３Ｗ−２，０−５Ｗ−１，Ｏ＝７　
　ｗｏ、ｏ＝。

Ｗ＋１．　Ｏ＝ＯＷ＋２．　Ｏ＝Ｏ・・・・・・・・（
２）次に、この修正濃度に対してしきい値Ｖ２と比較を
行なうことで、入力濃度データを二値化する。

もし　Ｐｍ　、　？＋、　）　Ｒ／２　　ならば、その
他の場合は Ｅｍ　、ｎ　＝Ｐｍ　、ｎ ここで、Ｒは入力データの最大濃度値、Ｄけ二値化結果
である。以上の操作を全画素について実行し画面形成を
行なうのが、平均誤差最小法の考え方である。

氷見８Ａはこの考え方をざらに進展させたウェイトマト
リックスを用いたものである。従来の方法では１２回の
乗算と１回の除算が必要とされ、処理の高速化の障害と
なっていた。そこで、処理式（１）を（５）式の様に変
形する。

ｋ＝−２，−１，０，１，２ １＝−２，−１，。

ここで、カッコ内右側は定数演算であるので先に実施す
る。

Ｐｍ　、　ｎ　＝　Ｉ？７Ｌ　、　？＋＋Σ（：に十に
、　ｎｉｌ　ｘ　ｚｋ　、　ｌ　）　−＝　（６）これ
により除算が省略できる。

次に、誤差データに操作する値２が２のべき数となるよ
うに、Ｗｋ、ｌと　Ｗｋ、ｌを決定することにより、１
２回の乗算を１２回のビットシフト演算で置き換えるこ
とができる。その一実施例として本発明では、 Ｚ−２，−２＝ＯＺ−１，−２＝０　２０．−２＝１７
８Ｚ＋１．−２＝ＯＺ＋２．−２＝Ｏ Ｚ−２，−に〇　　Ｚ−１，−１＝１／８　　ＺＯ，−
１：１／４Ｚ＋１．−１＝１７８　　Ｚ＋２．−１＝０
Ｚ−２，Ｏ＝１／８　　Ｚ−１，０＝１／４　　ｚＱ、
Ｑ＝：Ｑ　　ｚ＋１．ｏ’＝。

Ｚ＋２．　Ｏ＝Ｏ・・・・・・・・・・（８）を採用し
た（第３図）。

一般に乗算はビットシフト演算の数十倍から数百倍の演
算時間が掛かることから、前期二つの改良により大幅な
処理の高速化が計れ、実用的な時間での二値化処理が可
能となる。

〔実施例〕

第１図に従って二値化処理回路を説明する。画像入力装
置は画像をラインごとにスキャンし、ドツトクロ・ツク
に従って１画素について８ビツトの濃度データを出力す
るものとする。１はデータセレクタで濃度データと誤差
データと定数データとを切り換気る。また、ここで符号
拡張とビｙ）シフト演算をおこなう。２はデータラッチ
Ａで、１からのデータを一時記憶する。３けフルアダー
（加算器）で、２のデータラッチ八と４のデータラッチ
Ｂの内容とを加算する。４けデータラッチＢでデータを
順に加算していくために、３からのデータを一時記憶し
て、次のデータの加算時に３のフルアダーへフィードバ
ックする。５は出力回路でしきい値との比較結果に基ず
く二値化処理結果を８画素単位で出力する。６はシステ
ムコントローラーで回路の制御を行なう。７はアドレス
カウンタで、アドレス上位用とアドレス下位用との２つ
のアップダウンカウンターからなり、メモリ上の誤差デ
ータの格納位置を示す。上位カウンターが縦位置（ライ
ン）を指定し、下位カウンターｈ；横位置を指定する。

８けメモリーで、最新の２〜４ライン分の誤差データを
記憶するラインバッファである。

ところで、符号拡張とは、計算途中でのオーバーフロー
を防ぐためと、計算精度を上げるためたデータのビ・ソ
ト幅を拡張するものである。入力される濃度データが最
大８ビ・ソトの符号なしデータとし、メモリからの誤差
データを８ビ・ノドの符号付データとすると、−上位に
符号ビ・、）と、オーバーフローを考慮して２ビツトを
加える。さらに、計算精度を上げるために下位ＶＣ２ビ
ットを加工、８分の１にシフトしたときに誤差データの
下位ビ・ノドが切り捨てられないようにする。これらに
より、処理回路内部ではデータを下位より１ビツト目と
２ビツト目との間に小数点を持つ１２ビツトの符号付き
固定小数点として扱うことｈ”−できる。

第４図は本発明で用いた符号拡張回路である。入力デー
タの正負により上位ビットに１または０を付は加え、下
位ビットにはＯ′ｆ付は加えるだけの簡単な構成より成
る。

ビットシフト演算は４分の１．８分の１の計算を二進数
でおこなうときによく使われる演算で、本発明では、第
５図に示すようにデータセレクタへのバスの配線をシフ
トして接続することで実現している。以−Ｈのように、
本発明に基ずく二値化処理回路では、符号拡張とビット
シフト演算は第４．５図に示したように、データバスの
配線によす宥和できるため、演算に要する時間は無視で
きる。

以上の説明は内部パス１２ビツトの例であるが回路を簡
略化するために、また、入力濃度データが６ビ９トであ
る場合には、１２ビツトものデータ幅は不要であり、下
位側のデータ幅を狭くしてデータ幅１０ビツト等にて二
値化処理を行なう。

処理回路の動作を二値化処理手順に従って説明する。ま
ず、処理の開始信号としてページスタート信号とライン
スタート信号を入力して、第一ライン目の二値化を開始
する。１番目の濃度データが入力されると、これをラッ
チし１でデータを符号拡張し１２ビツトのデータとして
２に送る。このとき、同時に３の内容をクリアして後の
加算にそなえる。

続いて処理回路は次の８ステート（８０−８７）を実行
して１画素の処理を実行する。

８Ｏ：　注目画素の位置を（？？＋、、ｎ）として、　
（ｍ−１，？＋、）に対応するアドレスを出力する。

１からのデータを２でラッチし、３のフルアダーに送り
４の内容と加算し結果を４にラッチする。

先のアドレスに従ってメモリーより出力された誤差デー
タｆ１に送り、符号拡張と、ビットシフト演算によって
データを４分の１にして２に送る。

ｓｌ　　（？ｙ＋、−１．ｗ＋１’）に対応するアドレ
スを出力する。

以下同上 ただし、ビットシフト演算は８分の１である。

ｓ２：　　（ｍ−２，？Ｚ）　　に対応するアドレスを
出力する。

以下同上 ８３：　　（９７１−１，ｆＬ−１）に対応する７）”
ｌ／スＴｈ出力する。

以下同上 ８４：　　（ｍ、ｎ−２）　　に対応するアドレスを出
力する。

以下同上 ８５：　　（ｍ、ｎ−１）　　に対応するアドレスを出
力する。

以下同上 ただし、ビットシフト演算は４分の１である。

Ｓ６：　データセレクタより定数−Ｒを１に送り符号拡
張して２に、送る。

６の出力をＲ／２と比較し、Ｒ／２より大きければ２の
内容をラッチし、Ｒ／２以下なら２の内容をクリアする
。

Ｓニア：　　（ｍ、ｎ）に対応するアドレスを出力する
。

３で２と４の内容とを加算し、メモリーに書き込む。

（Ｒは濃度データが８ビツト幅のとき２５５である）以
上の動作を横方向の画素数分だけ行なうことで１ライン
の二値化が終了する。再びラインスタート信号を入力し
て次のラインの二値化処理を行なう。

また、誤差データを読み出すときに存在しないアドレス
を指定する場合がある。このときにはデータセレクタか
らのデータをラッチＡで記憶しないで、ラッチＡの内容
をクリアすることで、存在しない画素の二値化誤差をゼ
ロと１〜て扱う。

前期誤差データメモリーのアクセス順序を第６図に示す
。また、位置（ｍ、ｎ）に対応するメモリー位置は処理
中の画素の誤差データを書き込むまでは空いている。位
置（ｍ、？？、−２）　　の誤差データをこの位置に書
き込んでおけば、必要とされる誤差データメモリーのラ
イン数を２ラインとすることができる。具体的には、第
１図の７のアドレスカウンターにおいて、ラインの切り
換先用のカウンターの桁数を１ビツトとすることで容易
に実現でき、誤差データ用のメモリー量を節約すること
ができる。なお、前記カウンターを２ビツトとすれば、
必要な誤差データメモリーは４ライン分となる。

第７図は第３ライン、第３画素の場合について内部でデ
ータｈ＝演算される様子を示したものである。入力濃度
データが８ビツト（０〜２５５）で与えられる場合、各
画素の二値化処理誤差Ｅはしきい値を１２７とすると、
（３）、　（４）式よりＰｍ、ｎ＝１２Ｂ　　のとき、
最小値 Ｅｍ　、　ｎ＝Ｔｘ　、　ｗ−Ｒ＝　１２８−２５５　
＝　−１２７Ｐｍ、ｎ＝１２７　　（Ｄとき、最大値論
、？１．＝１２７−０＝１２７ をとると仮定できる。

（６）式において、二値化処理誤差Ｅがそれぞれ、最大
値、最小値をとるとすれば、 Ｅ及び、■ｈ″−すべて最大値をとるとき。

ＰＩ、？Ｌ＝２５５＋１２７／８Ｘ４＋１２７／４Ｘ２
＝　　２５５　＋　　１２７ ＝　３８２ Ｅ及び、Ｉがすべて最小値をとるとき、Ｐｍ、Ｗ＝Ｏ＋
（−１２８）／８Ｘ４＋　（−１２８）／４Ｘ２＝＝　
　−１２８ となる。

Ｐが３８２　′ｆｔとるとき、（３）式より、Ｅは１２
７となって、先の仮定に反しない。

以上より、二値化処理誤差Ｅけ−１２８〜＋３８２の値
をとることがわかる。これは、９ビツトのデータ幅を必
要とし、二値化処理回路において符号拡張を行う理由で
ある。また、本処理回路においてメモリーのデータ幅ｆ
８ビヅトにおさえるために第７図に示すように、二値化
処理回路凡の下位１ビツトを切り捨てている。

〔発明の効果〕

以上のように、平均誤差最小法に基ずく二値化処理をビ
ットシフト演算に置き換えることと、専用の処理回路を
考案することにより、従来に比較して大幅な処理時間の
短縮と処理回路の簡略化が計れた。本発明において、最
も時間の必要とされるのは誤差データメモリーのアクセ
スであり、ウェイトマトリクラスの要素が６であるとき
には、読み書き合わせて７回のアクセスとなる。メモリ
ーのアクセスタイムを２００ナノ秒とすると、１．４マ
イクロ秒となり、入出力及び、内部での演算時間を加え
ても２〜６マイクロ秒で１画素の処理をおこなうことが
できる。画像が６４０　Ｘ　４８０の画素からなるとし
ても、０．６〜０９秒で画像の２値化処理ｈｚ行なえる
。メモリーを高速なものにすれば、さらに短い時間での
処ｇｈ″−可能となり、ビデオ信号のリアルタイム処理
が行なえる。

また、補助的効果として、データーの圧縮が行なえる。

例ン−げ１本発明に基ず〈装置を画像記憶装置（フレー
ムメモリー）の直前に設けることにより、記憶すべきデ
ーター量を二値化処理により６〜８分の１にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法による二値化処理回路の構成図で
ある。 第２図は本発明の基となる。Ｔ、　　ｙ、　：ｒａｒｖ
ｉｓ　　Ｉｃよる平均誤差最小法のウェイトマトリ・ノ
クスである。 第３図は本発明によるウェイトマトリックスの一実施例
である。 第４図は本発明の方法による二値化処理回路に用いた符
号拡張回路の説明図である。 第５図は本発明の方法にょる二値化処理回路に用いたビ
ットシフト回路の説明図である。 第６図は本発明の方法にょる二値化処理回路に用いた誤
差データメモリーのアクセス順序を示したものである。 第７図は本発明の方法による二値化処理回路内部での誤
差データの流れを示したものである。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像入力装置より得られた中間調を有する画像データを
   平均誤差最小法に基ずく二値化処理を行なう画像処理方
   法において、前期二値化処理の方法として、誤差データ
   に掛けるウェイト値を２のべき数とするとともに、ウェ
   イト値の合計が２のべき数となるようにウェイトマトリ
   ックスを形成した二値化処理方法をとることを特徴とす
   る画像処理方法。