CN1048269A - 图象形成装置 - Google Patents

Abstract

本装置将原稿图像经光电扫描得到的图像信号 按新规定的影调变换方式进行变换处理，可形成影调 再现性优良的记录图像。它包括将原稿图像的透射 光或反射光分解为R、G、B光后进行读取的检测部 分1、将检测部分1的输出信号变换为Y、M、C和K 彩色分解信号的彩色分解部分2、影调调整部分3以 及对电子照像感光体进行曝光的输出部分4。感光 体上形成的潜像在显像部分显像为调色剂像并复制 在记录纸上，由定影部分定影。

Description

本发明涉及一种图像形成装置，它将原稿图像经光电扫描得到的图像信号按新规定的影调变换方式进行变换处理，可形成影调再现性优良的记录图像。

更详细地说，本发明涉及对可得到的各种原稿图像包括黑白或彩色照片等有连续影调的图像、从电视系统或计算机系统图像信号中得到的视频图像等所有要在记录纸上进行复制的各种图像;以下相同按新规定的影调变换方式所用的影调调整机构加以变换处理，以影调变换后的输出信号为依据，在记录纸上形成影调和色调的再现性优良的、与原稿图像的像素分布相对应的记录图像。

如照相那样，用复拍机等图像形成装置将具有连续影调的原稿图像在记录纸上形成图像时，若记录纸采用感光纸，则通过对原稿的模拟处理（曝光），可形成与原稿有对应的连续影调的图像（氯化银照相记录）。然而，对于不用感光纸而在普通纸上记录图像的电子照相式复拍机时，不能通过模拟处理来形成图像，它难以再现影调层次（浓淡度），特别是形成彩色图像时，影调层次和色调（彩色平衡）的调整都很不容易。

因此，最近都在努力改善图像形成装置的影调和色调再现性。

在这种图像形成装置中，记录图像的形成与印刷中将照相制版上的连续影调变换成网点疏密的方法相同，是将照片等具有连续影调的原稿图像进行光电扫描，对得到的图像信号加以处理，因此信号在记录纸上形成图像，其像素分布的影调和色调与原稿图像相对应。

但是，现在的图像形成装置中，将原稿图像的影调特性按最终的像素分布反映在记录图像上时，关于其像素分布应具有怎样的特性，为了得到那种像素分布又应怎样做法等，还没有作出科学的研究，因此，现在还不能得到令人满意的影调和色调的再现性。

也就是说，对于原稿图像上确定的取样点的密度值，就记录图像上与该取样点对应的像素块来说，构成此像素块的单位像素数目应以怎样的比例予以记录，尚未研究出科学的相关式。目前，这类机器的制造厂不得不根据预有的经验直感或数目有限的固定条件来作出决定。

因此，机器制造厂对于图像质量不如意的原稿，例如非标准的（曝光过度而过亮的原稿、曝光不足而过暗的原稿等）彩色胶片原稿等，难以得到所期望的影调和色彩优良的记录图像。所以，尚未研制出具有如下灵活性的图像形成装置：不论对于具有标准图像质量的原稿，而且对于上述非标准的原稿，都能从中得到所期望的图像质量的记录图像，并且能任意变更和修改原稿的图像质量（影调和色调的变更和修改）。

如上所述，这意味着在以往的图像形成装置中，对于原稿图像上确定的取样点的密度值，在相应的记录图像上应以怎样的像素密度值来对应，是尚未从科学上解释明白的。

在以往的图像形成装置中，发生上述问题的原因在于，当从连续影调图像等的原稿图像上形成最终像素分布的记录图像时，对于其最初阶段起着非常重要作用的图像影调变换程序的考虑方法方面。也就是，对于与原稿图像上确定的取样点密度值相对应的记录图像上的像素块，在将密度值变换为记录的单位像素数与构成该像素块的单位像素数之比（以下也称为像素密度值）时，以往影调变换的考虑方法不能说是“必须基于科学上合理的影调变换手段”而往往是依赖于经验 和直感。

本发明者着眼于这种状况，为使图像形成程序的最终合理化和形成质量优良的记录图像，在必须确立合理的图像影调变换技术的基本认识下，专心地进行了研究工作。

概括地说，以往的图像形成装置中，将以光电扫描等方法从原稿图像上得到的图像信号用影调调整机构进行处理，并根据其处理信号与原稿的像素分布有对应在记录纸上形成关系的记录图像，而本发明的图像形成装置的特点在于，其影调调整机构是这样的，根据从原稿图像上得到的图像信号，将原稿图像上任意取样点的基础密度值（x）（该取样点的密度值与同一图像上最亮部分的密度值之差）在所形成的记录图像上进行变换处理，使成为所记录的单位像素数与构成像素块（它对应于上述取样点）的单位像素数之比（y），其变换处理按下列关系式（1）进行。

关系式：

式中：

x：原稿图像上任意取样点X的基础密度值，即图像上任意取样点X密度值减去同一图像上最亮部分H的密度值所得的密度值。

y：在所形成的记录图像上，所记录的单位像素数与构成像素块Y（它对应于上述的X）的单位像素数之比。

y_H：对形成的记录图像最亮部分H所设定的、记录的单位像素数与构成该像素块的单位像素数之比。

y_S：对形成的记录图像最暗部分S所设定的、记录的单位像素数与构成该像素块的单位像素数之比。

α：记录纸的反射率。

β：根据β＝10^-γ所求得的数值。

k：根据γ/（原稿图像密度域）所求得的数值。

γ：任意系数。

图1为示明γ值与影调特性曲线形状变化间关系的曲线图。

图2为γ_n与H_n间关系的曲线图。

图3为彩色胶片原稿图像的个别密度特性曲线与基准密度特性曲线匹配的原理说明图。

图4为对非标准原稿设定的影调特性曲线图。

图5（a）示出有连续影调的原稿图像以像素块内单位像素分布表现时的例子，图5（b）示出与图5（a）对应的照相制版上以网点大小来表现时的情况。

图6为本发明第1实施例的图像形成装置的方框图。

图7为第2实施例的图像形成装置的方框图。

图8为第3实施例的图像形成装置的方框图。

图9为第4实施例的图像形成装置的方框图。

图10为第5实施例的图像形成装置的方框图。

图11为静电记录式中图像形成部分的简图。

以下，详细说明本发明的构成。

在照相制版中，按照网点处理用网点的大小来表示具有连续影调的图像的密度，但在数字图像处理的电子照相式图像形成装置中，为了使感光体形成潜像，利用激光束等进行扫描，此时非常难以改变光 束直径来表示多层次的影调。因此，在光束直径一定的情况下，对于由光束形成的最小单位像素矩阵型集合体的像素块，往往通过改变构成像素块的单位像素的数目与作为图像所记录的（即用调色剂等记录的）单位像素的数目之比来使之对应于网点大小。当然，在数字图像处理技术中，除了上述那样改变点子（具有规定的大小）的数目或排列这种色调表现法（点子密度调制法）之外，还有改变点子的大小的方法（点子大小调制法）。这里，以前者为例进行说明。

对于图像表现的基本构成要素，认为它们是以上述像素分布所表现的像素密度值（在构成确定的像素块的单位像素数目中，用记录的像素数目的比例及其分布形态来表现色密度）和图像记录材料（调色剂等）的表面反射密度两者，并知道人眼视觉特性上当印刷图像中网点面积大小有1%的差异时，便容易识别出密度差;由此了解到，作为图像形成手段，与网点面积大小有着同样的关系，以像素分布所表现的像素密度值起着极为重要的作用。也就是说，对于一定像素块的记录像素，研究它们上面涂敷的调色剂量的变化和像素大小的变化对影调的影响后得知，后者的影响特别大，因此，应如何设定像素密度值是一个极为重要的问题。

此外，按上述情况用图像形成装置形成记录图像时，原稿图像的质量有着千差万别，图像形成程序也有多种多样特性、还有图像质量的评价标准亦不一样等等，必须克服这些复杂、不稳定因素。

由此可见，必须采取有效手段，以便将连续影调图像的原稿图像变换成依像素分布的记录图像时，在形成像素分布的记录图像中，可任意选择最亮部分（H）像素块的密度比例（y_H）和最暗部分（S）像素块的密度比例（y_S），并且能合适而简便地调整从最亮部分（H） 到最暗部分（S）的图像影调。

根据这样的考虑，提出了本发明的影调调整方法，具体地说，就是上述关系式（1）所规定的影调调整方法。

首先，从上述关系式（1）的推导过程出发进行说明。

本发明者在从连续影调的彩色胶片原稿上形成网点影调的印刷图像时，为了合理的进行影调变换连续影调向网点影调变换），起初提出了上述关系式（1）前身的影调变换式。（参照日本昭和62-148912号专利申请，日本昭和63-2590号专利申请）。

本发明者以前提出的影调变换式（以下称为关系式（2））不仅可用于印刷图像的制成，而且可用于本发明涉及的按像素分布的记录图像制成等各种复制图像的制成。若限于说明印刷图像的制成，则如下所述：

关系式（2）

$y=y_H+\frac{\mathrm{\α}(1-{10}^{-\mathrm{kx}})}{\mathrm{\α}-\mathrm{\β}}\·(y_S-y_H)------\left(2\right)$

式中，

x：原稿图像上任意取样点X的基础密度值，即图像上任意取样点X的密度值与同一图像上最亮部分H的密度值之差。

y：印刷图像上与上述取样点X对应的Y网点的网点面积百分率值。

y_H：对印刷图像上最亮部分H设定的、所期望的任意大小网点的网点面积百分率值。

y_S：对印刷图像上最暗部分S设定的、所期望的任意大小网点的网点面积百分率值。

α：印刷纸的反射率。

β：印刷油墨的表面反射率。

K：（印刷图像密度域）/（原稿图像密度域）之比。

将关系式（2）与关系式（1）进行比较，可知β值、k值的意义不同，并在关系式（2）中没有规定γ值。这些不同点将在以后叙述，为了帮助理解本发明，对关系式（2）的推导过程进行说明。

制成上述印刷图像时所用的、求解网点面积百分率值的关系式（2），是由下面一般认定的密度公式（照相密度、光学密度）推导出的，即

D＝log（I_o/I）＝log（1/T）

将此密度D的一般公式应用于制板、印刷时，变为如下所示：

制板·印刷中的密度（D’）＝10g (I₀)/(I)

＝log (单位面积×纸的反射率)/(（单位面积-网点面积）×纸的反射率+网点面积×油墨的表面反射率)

$=\log \frac{\mathrm{\αA}}{\mathrm{\α}\{A-(d_1+d_2+\·\·\·d_n)\}+\mathrm{\β}(d_1+d_2+\·\·\·d_n)}$

式中，

A：单位面积

d_n：单位面积内各个网点的面积

α：印刷纸的反射率

β：印刷油墨的表面反射率

关系式（2）是如下地推导出来的：此制板、印刷方面的密度公式（D′）要能适合于印刷图像的H部分和S部分上任意设定的、所期望大小的网点，并能将连续影调图像上任意取样点的基础密度值（x）和与之对应的网点影调图像上取样点网点的网点面积百分率值（y）合理地联系起来，使理论值和实测值近似一致。

将上述关系式（2）应用于制成印刷图像中的图像影调变换方法时，以印刷纸的反射率（α）、印刷油墨的表面反射率（β）和印刷图像密度域与原稿图像密度域之比（k）等数值为基础，可以对印刷图像的H部分和S部分任意选定所期望的网点大小（y_H，y_S），并从原稿图像上任意取样点（X）的基础密度值（x）中求出印刷图像上对应的取样点（Y）网点的网点面积百分率值（y）。于是，可将原稿图像（连续影调图像）的密度层次以1∶1忠实地再现在印刷图像（网点影调图像）上。

另外，彩色制版（一般以青色（C）、品色（M）、黄色（Y）、黑色（BL）4种版为一套）场合，若能确定基准版（众所周知，彩色制版时青色版（C）为基准版）的工作基准特性曲线即原稿图像的密度信息值变换为印刷图像的网点面积值，所形成的基准网点影调特性曲线（将上述x值和y值作图所得的曲线，这就是连续影调变换为网点影调的工作基准），则其他彩色版的工作基准特性曲线总可通过 下述方法合适地确定，即对基准版的y值乘以基于印刷油墨各种颜色白平衡比的适当的调整值。如此确定的各彩色版的工作基准特性曲线不仅都是合适的特性曲线，而且这些特性曲线间影调和色调的相互关系也是合适和确切的。

也就是说，从连续影调的原稿图像上制成网点影调的印刷图像时，若根据上述关系式（2）进行其影调变换，则可摆脱以往的依赖于经验和直觉的图像影调变换方法，从而可任意且合适地进行图像影调变换，并对于与影调有密切不可分的色调也可进行合适的调整。由此，可得到其密度梯度和色调符合人眼视觉特性的印刷图像。以上是本发明者以前提出的方案的内容。

但是，在以后的研究中发现，上述关系式（2）的运用有一定的界限。

其界限如下所述：

若原稿图像为标准质量的图像，是极为有效的，但对于非标准质量的图像，特别是质量极差的图像（例如照相时的曝光过度或不足的图像），则不能充分适应。

从上述关系式（2）的运用操作上来说明这一点时，如下所述。

对于标准质量的图像（标准原稿），在决定k值的分子中，用印刷油墨中刺激值大的黄色油墨的满印密度值（其典型密度值为0.9～1.0）进行影调变换时（彩色制版时，用该值制作青色版），是极为有效的，然而对于上述质量差的非标准原稿，不能充分满意。

在β值方面，对于非标准原稿，即使采用任意选定的印刷油墨（如上所述，以黄色油墨为基准）表面反射率或其他数值，也不能充分满意。

为了克服上述的界限，不仅应使作为影调变换工作基准的网点影调特性曲线对应于标准原稿，而且应使其对应于非标准原稿，并必须能任意改变其曲线形状而使之合适。研究的结果，本发明者发现，在下述条件下进行影调变换可得到满意的结果。

k值＝γ/（原稿图像的密度域值），

γ值＝正或负的任意值，

β值：从规定上述k值的β值出发，所求得的β＝10^-γ的数值。

根据以上的条件，通过运用上述关系式（2），可以从标准的和非标准的原稿上制作出密度层次和与之密切不可分的色调再现性均优良的印刷图像。

以上以网点影调印刷图像的制成为中心进行了说明，不言而喻，上述影调变换工作的理论也可运用于像素分布式记录图像的制作中。

对适合于像素分布式记录图像制作的影调变换式引入上述研究结果并加以整理，自然便能形成关系式（1）。

下面，就本发明的上述关系式（1）的各项意义、运用特点等问题进行说明。

在本发明的上述关系式（1）的运用中，必须从原稿图像的图像信号中求出基础密度值（x）。这种密度信息值若能反映与原稿图像各像素具有的密度相关的某类物理量，便应最广义地加以解释。作为同义词，有反射密度、透射密度、亮度、光量、电流和电压等。对原稿图像进行光电扫描等之后，这些密度信息就可作为密度信号取出来。并且，在本发明的上述关系式（1）中，若在基础密度值（x）的测量中采用由密度计测得的数值（例如，对于彩色正片的人物像，往往 具有0.2～2.70的密度值），并对y_H〔最亮部分（H）的像素块中设定的像素密度值〕和y_S〔最暗部分（S）的像素块中设定的像素密度值〕采用百分率值（例如，5%或95%那样的数值），则y〔对应于原稿图像上任意取样点（X）的像素块（Y）内记录的像素密度值〕可用百分率值计算出来。

在本发明的上述关系式（1）的运用中，不仅可应用如下的变形式，还可作出任意的加工、变型、推导等而自由地予以利用。

y＝y_H+E（1-10^-kx）（y_S-y_H）

式中，E= 1/(1-β) = 1/(1-10^{- r})

上述的变型例子中，是设定α＝1。这是将记录纸（基本材料）的表面反射率设定为100%。在实际应用中，α的值可以设定为1.0。

此外，根据上述变型例子（α＝1.0），可预先对像素分布或记录图像上最亮部分H设定y_H，对最暗部分S设定y_S。这是因为，记录图像上最亮部分H中x＝0，而最暗部分S中x＝〔原稿图像密度域〕，也就是

kx＝r° (〔原稿图像密度域〕)/(〔原稿图像密度域〕) ＝r，所以，-kx＝-r。

在本发明的上述关系式（1）的运用中，α、β、γ（如上所述，可由β＝10^-r来确定β值）的数值可取各种值。在本发明中，适当选这些数值，不论原稿图像的质量特性如何，都能合适地进行图像影调的变换处理。

也就是说，以本发明的上述关系式（1）为基础的图像影调变换处理法，对于原稿图像的影调或色调再现，即对于原稿图像的影调、色调以再现到记录图像上，是极为有效的，而且其有效性不仅限于此。本发明的上述关系式（1）除了能忠实地再现原稿图像的特性之外，通过适当选择α、β、γ值以及y_H、y_S值，在合适的变更、修改原稿图像的特性方面也是极为有效的。

若对此详细叙述，则在上述关系式（1）的运用中，应用者（工作者）应注意具有以下的自由度。

其1：应以形成忠实于原稿图像的图像为目的来利用关系式（1），即首先要考虑人眼观察时可得到视觉图像上完全相同的图像，据此来运用关系式（1）。在本发明中，可用“（图像的）影调变换”这个术语来说明这样的影调调整状态。

其2：从图像形成的技术需要、从艺术要求、或从订购者需求等出发，可利用关系式（1）来变更或修改原稿图像，即首先要考虑人眼观察时得到的视觉图像本身可予以修改或变更，据此来运用关系式（1）。在本发明中，可用“（图像）影调修改（或变更）这个术语来说明这样的影调调整状态。

利用上述关系式（1）来形成彩色图像时，例如应用图像形成装置来复制彩色原稿时，在印刷等部门中，是通过众所周知的彩色分散法，也就是将彩色原稿的反射光分解为蓝色（B）、绿色（G）和红色（R）光，以得到各原色光的密度信号，并用符合上述关系式（1）的色调调整机构对其进行处理，以此处理信息为基础形成图像就可以了。此时，先决定基准色版（例如青色版）的y值，即决定基准色版的影调特性曲线（计算出y值，将y值与x值的关系绘成曲线图，便 可得出与印刷技术中网点影调特性曲线相同的影调特性曲线），其他色版（品色版、黄色版）的影调特性曲线则可以通过对该基准色版的y值乘上以各油墨的白平衡比为基础的适当调整数值，即能合适地确定。于是，利用这些影调特性曲线就可形成图像了。

上述那样确定的各色版的y值，也即各色版的影调特性曲线，不仅是依关系式（1）确定的合适的特性曲线，而且这些特性曲线间影调和色调的相互关系也是合适和确切的。

本发明的图像形成装置，在其影调调整机构中，根据关系式（1）的算法来调制处理曝光扫描的光束，并按照预定的像素分布图进行运算处理，逐次形成像素就可以。

例如，如图5所示，对于图5（a）的情况，记录像素的分布是随记录像素的增加而像素块内像素相互分散的位置不同，此外，也可以设想是从像素块中心部分出发逐渐向外呈涡旋状地扩展，此时，近似于照相制版中的网点。另外，在图5（b）中表示出的各网点，它们具有的面积与图5（a）中像素的数目相对应。

这里的像素块是以4×4的矩阵形式来作说明的，它可显现出17个等级的影调。一般，n×n矩阵形式的像素块可显现出n²+1个等级的影调（0～100%）。

因此，在矩阵形式像素块内通过所形成的像素分布，以连续影调图像来表现原稿图像的密度的方法，一般称为矩阵法，这是众所周知的。（例如，特开昭58-85434号、特开昭58-114569号、特开昭59-52969号、特开昭60-141585号、特开昭62-186663号等中所揭示的。）

如上所述，采用本发明的图像形成装置来形成记录图像时，在其影调调整机构部分中，可加入根据上述关系式（1）进行影调变换的 硬件和软件，因而可得到影调和色调再现性均优良的记录图像，或者对原稿图像质量作出任意修改或变更的记录图像。

下面，根据实施例进一步详细说明本发明，但只要不超出本发明的要点，本发明并不局限于这些实施例的内容。

如上所述，采用本发明的图像形成装置来形成记录图像时，在其影调调整机构部分通过关系式（1）进行影调变换，是本发明的最大特征。因此，从关系式（1）的完善运用出发，特别是γ值的处理出发，进行说明。

（实施例）

（1）关系式（1）中采用的γ值的决定法。

采用本发明的图像形成装置来形成记录图像时，记录图像形成过程中，依上述关系式（1）进行的关键的影调变换工作，是本发明的最大特征。

此时，即使从亮或暗的、质量方面千差万别的原稿图像出发，也完全可期望所形成的记录图像，能与从质量方面标准的标准原稿上所形成的记录图像具有相同的质量。

因此，不论原稿图像质量如何，必须先得到确定x值和y值关系的、能给出其记录图像可与标准原稿图像上得到者有相同质量的影调特性曲线。在本发明的关系式（1）中，可以显著地改变此影调特性曲线形状者便是γ值。

下面，就关系式（1）的运用上具有极重要意义的γ值的确定法进行说明。

本发明的图像形成装置只有合适地确定γ值后，才能形成影调和色调的再现性优良的记录图像。

对于各种γ值，y值（即像素密度值）的变化情况如表1所示。表1示出，γ值变化时（表1中是γ值＝2.00～-0.20），按上述关系式（1），在y_H＝3%、y_S＝95%、α＝1.00、β＝10^-γ、k＝γ/（原稿图像密度域值）＝γ/（2.8-0.2）条件下计算出的各密度等级（表1中原稿图像的密度域分为9个等级）的y值。

根据表1，使γ值变化时，可以得到所对应的各个影调特性曲线。因此，根据给定的原稿图像质量，设定最佳的γ值便可进行影调变换。图1示出表1的结果。

因此，当给出具有一定质量的原稿图像时，在关系式（1）中如何才能合适地确定应采用的最佳γ值，这是个问题。

对于原稿图像，特别是采用影调和色调的再现忠实的黑白或彩色胶片作为原稿时，要根据原稿的图像质量来确立宜采用的γ值确定法。这是因为，一般认为根据影调再现性好的黑白或彩色胶片原稿建立有效γ值的确定法，对于其他原稿图像也是有用的。

详细分析彩色胶片原稿的图像质量时，高调图像（曝光过度的摄影）或低调图像（曝光不足的摄影）的质量，与标准曝光下摄影的标准彩色胶片原稿相比，会有着千差万别。但是，对于彩色胶片原稿的图像质量的差异，从曝光量的不同会对原稿最亮部分密度值H_n产生直接影响这一点来看，可以客观地予以确定。因此，正如本发明者先前提出的建议那样，对于标准原稿（曝光适度的原稿），若考虑到γ值取0.9～1.0，则求出H_n和γ的相互关系就可以了。并且，选择H_n的理由在于，影调再现中最亮部分附近的密度区是很重要的。自然，理论上也可以选择原稿最暗部分的密度值S_n。

因此，采用各种彩色胶片原稿来形成图像质量优良的记录图像中，进行了求出H_n与γ值关系的实验，实验数据示于表2。表2中，第2号实验为标准原稿，γ值取0.9。

表2

实验号	Hn	Sn	密度域	γn	图像质量评价
						1	0.12	2.80	2.68	1.60	良
2	0.20	3.00	2.80	0.90	良
						3	0.50	3.10	2.60	0.05	良

注：H_n和S_n表示一定的各彩色胶片原稿的最亮部分密度值和最暗部分密度值。

根据这些实验，可通过下式合适地确定γ值。

（ⅰ）如图2那样将表2中的γ_n与H_n的关系绘成曲线图时（双对数曲线图），γ_n可按下式求出。

γ_n＝γ_o±｜D_n｜tanα

（ⅱ）此外，以γ_o＝1.00的标准原稿（密度域0.20～2.80）形成记录图像后，就各种彩色胶片原稿得到与之相同质量的记录图像进行了实验。实验结果表明，γ_n与H_n间的关系可如下地确定。

（1）γ_n＝1.70-2.2961（logH_n+1）

（γ_n和H_n均用对数标度时得到的关系式）

（2）γ_n＝1.70-2.3（logH_n+1）

（γ_n用普通标度、H_n用对数标度时得到的关系式）

根据以上所述，为了用本发明的图像形成装置从质量千差万别的原稿图像上复制出影调再现性优良的记录图像，首先要根据原稿图像的H_n值确定出γ_n值，然后将此值用作关系式（1）的γ值，并进行影调变换处理就可以了。

在本发明的图像形成装置的影调调整机构部分，为了运用如上所述地确定γ值后的关系式（1），在图像形成装置中附加上测量各种原稿图像H_n值的机构以及由H_n值计算出γ值的机构就可以了。或者，这类测量和计算由操作者承担也是可以的。

（2）关系式（1）中采用的γ值的固定化（常数化）方法

运用本发明的上述关系式（1）时，上述的γ值确定法是烦杂的，严密地说，由该方法制成的记录图像与由标准原稿得到的记录图像是有差异的。这是因为，彩色胶片原稿最亮部分的密度值（H_n）与标准原稿最亮部分的密度值（H_o）之间有着差异。

如前所述，在对标准原稿影调变换有用的关系式（2）中，γ＝0.9（或0.9～1.0之间的值），可以制成影调和色调再现性均优良的复制图像。因此，运用关系式（1）时，为使γ值成为γ＝0.9等常数，必须将原稿图像的密度层次调整（修改）成标准图像的密度层次。以下就γ值的常数化方法进行说明。

对于彩色胶片原稿，上述的密度层次调整可以极为合适地进行，这 可用图3予以说明。

如所周知，彩色胶片感光材料的曝光量（X）（注意，这与前述的取样点X的符号X不相同）与此时彩色胶片密度（D）的关系，如图3的基本密度特性曲线所示。

然而，标准原稿和非标准原稿取决于曝光量是否适当，它们的各密度特性曲线在该基本密度特性曲线上有特定的范围。图3中，前者的是基密浓度特性曲线，后者的是个别密度特性曲线。（图3中的非标准原稿为曝光不足的原稿。）

因此，为了将非标准原稿的密度特性调整为标准原稿的密度特性，通过将基本密度特性曲线进行函数化，便可很容易地实现。

如下面表3所示，上述的基本密度特性曲线可由D＝f_D（X）函数来确定（表3中还示出了反函数）。另外，表3的基本密度特性曲线的函数化方法应理解为一个例子，还可以采用更简化的数学式。

表3

基本密度特性曲线的函数表达式例子

（注）采用F公司制造的彩色胶片

注：（1）图3所示的基本密度特性曲线中，示出了求X→D的函数f_D（X），求其反函数D→X的函数f_X（D）。

（2）为了准确地确定基本密度特性曲线，X和D的定义域都给出了数学式。

为了使彩色原稿的个别密度特性曲线与基准密度特性曲线相匹配，可按下述步骤进行（参照图3）。

（ⅰ）根据彩色原稿图像中H和S的密度值及其彩色原稿的彩色胶片感光材料的基本密度特性曲线（D＝f_D（X）），确定出其彩色原稿图像的个别密度特性曲线;（ⅱ）将彩色原稿的密度值D_Hn～D_Sn代入X＝f_X（D），求出X轴上彩色原稿图像的数值域X_Hn～X_Sn;（ⅲ）使之与基准密度特性曲线的X轴上的数值域X_Ho～X_So相匹配;（ⅳ）然后，求出该基准密度特性曲线在D轴上的数值域D_Ho～D_So。

当然，不言而喻，彩色原稿的个别密度特性曲线与基准密度特性曲线一致时，两者的匹配就不必要了。此外，可以在基准密度特性曲线上定出任意的容许范围，处在该容许范围内时可看作与基准密度特性曲线相同来进行图像处理。

在上述的个别和基准密度特性曲线的匹配过程中，因为XR_o（标准原稿的曝光量范围）和XR_n（非标准色原稿的曝光量范围）不一致的情况是正常的，所以必须使XR_n与XR_o相匹配（参照上述（ⅱ）和（ⅲ）的步骤）。使XR_n与XR_o相匹配时，有简单匹配（使最亮部分密度值匹配成相同的值，而不问最暗部分的匹配）和比例匹配（使最亮部分密度值和最暗部分密度值两者匹配）两种。图3示出的是用数学方法进行的比例匹配。

如图3所示，将个别密度特性曲线的密度信息值（D_Hn～D_Sn间的密度信息值，D_n）代入基本密度特性曲线D＝f_D（X）内，求出XR_n，并通过将它调整成为XR_o的X值，就可得到加入调整后的彩色原稿的密度信息值（D_Ho～D_So间的密度信息值，D_o）， 求解XR_n调整成XR_o后X值的关系式，通过简单的计算有如下的形式。

（1）简单匹配情况

X＝f_X（D_n）±｜m｜

（2）比例匹配情况

$X=f_x\left(D_{\mathrm{HO}}\right)+\left[\right\{f_X\left(D_n\right)\±\left|m\right|\}-f_X\left(D_{\mathrm{HO}}\right)]\×\frac{{\mathrm{XR}}_o}{{\mathrm{XR}}_n}$

式中，

m：必需的平行移动量;

XR_o：X轴上标准原稿基准密度特性曲线的曝光量范围;

XR_n：X轴上非标准的个别原稿个别密度特性曲线曝光量范围。

彩色胶片原稿采用标准图像质量原稿（D_Ho＝0.20，D_So＝2.80）、高调图像（曝光过度）原稿（D_Hn＝0.10，D_Sn＝2.70）及低调图像（曝光不足）原稿（D_Hn＝0.60，D_Sn＝3.20）时，根据表3所示的基本密度特性曲线来使个别密度特性曲线与基本密度特性曲线相匹配，所得的匹配数据如下面的表4所示。

在上述的匹配实验中，所用的3张彩色胶片原稿的密度域（DR）都是2.60，其中一类是简单匹配，另一类是比例匹配。

上述表4内D_n和D_o的密度值中，D_o为基准，通过关系式（1）求出y值（像素密度值，%），其结果示于表5。此外，图4示出表5的y值和D_n值间的关系。图4所示的曲线是确定x值和y值关系的影调特性曲线，利用它从非标准图像质量的原稿图像上制成影调再现性优良的记录图像。

表5

影调特性曲线设定数据

（关系式（1）的参数：α＝1.00，r＝0.90，y_H＝5%，y_S＝95%。）

在本发明图像形成装置的影调调整机构部分，为了使关系式（1）的γ值固定化（常数化）后进行运用，必须在图像形成装置中设置测量原稿图像密度的机构（测量H和S，以及H～S间的密度），并设置使原稿图像的个别密度特性曲线与基准密度特性曲线相匹配的软件或硬件。据此，从不论怎样质量的原稿上都能制成影调和色调优良的记录图像。

（3）图像形成装置

根据图6～图11来说明本发明的图像形成装置。

图6为本发明第1实施例的图像形成装置方框图。

如图6所示，本发明的图像形成装置具有：将原稿图像的透射光或反射光分解为R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）光后进行读取的检测部分1;将检测部分1的输出信号变换为Y（黄色）、M（品色）、C（青色）、K（黑色）彩色分解信号的彩色分解部分2;利用关系式（1）求出有适当像素分布的图像影调的影调调整部分3;按该影调调整部分3的输出信号形成的激光，用以对电子照相感光体进行曝光的输出部分4。感光体上形成的潜像在显像部分被显像成为调色剂像，复制到记录纸上，并用定影部分进行定影。

为了形成彩色图像，要对各原色分量配备独立的感光体和显像部分，将形成的各个调色剂像顺次地复制到记录纸上，或者只在一个感光体上形成各原色潜像并进行显像，在调色剂像形成之后复制记录纸上，对各原色分量反复进行这个工艺程序。

检测部分1利用光电倍增器或固体摄像器件（电荷耦合器件CCD）等光电变换元件将原稿5上各部分的透射光或反射光检测出来，输出R、G、B、USM各电流信号，并在A/V变换部分6内将该电流信 号变换为电压信号。

彩色分解部分2中，在对数放大器7内将检测部分1输出的R、G、B、USM各电压信号进行对数运算，变换为密度;在基本彩色校正（BM）部分8，从该密度中分离出黑色（K）成分，再分离出Y、M、C各成分。然后，在彩色收集（CC）部分9中对R、G、B及Y、M、C各原稿色控制其Y成分、M成分和C成分;再在UCR/UCA部分10的UCR（移除控制）或UCA（相加控制）中确定出以Y、M、C三个成分显现原稿黑色成分时的比率。得到Y、M、C这些成分之后，以往是在影调调整（IMC）部分中的灰度层次控制部分内求出各成分的像素所占的面积比率Ye′、me′、ce′、ke′，并将其进行反对数变换，而在本实施例中，灰度层次控制部分和反对数变换部分由调整部分11来代替，在此进行从Y、M、C、K向Ye′、me′、ce′、ke′的变换。调整部分11内具有关系式（1）的算法，对Y、M、C、K各成分分别有适合的关系式（1），用以求出Ye′、me′、ce′、ke′。

影调调整部分11可采用以下各种形式：具有关系式（1）算法的软件，并具有模/数（A/D）、数/模（D/A）接口（I/F）的通用计算机;以算法为内部逻辑、由通用集成电路实现的电路;包含有能储存算法运算结果的ROM的电路;以算法为内部逻辑来实现的PLA、门电路阵列、专用集成电路等。利用激光束形成对应于原稿图像密度的图像时，如前所述，激光束的直径和强度做成恒定的，照相制版时对应的是网点面积，计算出图像块内形成的单位像素数目及其分布，并输出其数据。

由调整部分11得到的像素面积比率输入到彩色通道选择器12 内，彩色通道选择器12输出上次选择的Ye′、me′、ce′、ke′。该输出通过模/数（A/D）转换部分13进行模/数（A/D）转换后，输入到输出部分4。在输出部分4内，根据影调调整部分3的输出，在光点控制部分14中进行激光束的控制。

图7示出第2实施例，它依然使用以往的反对数变换部分15，因此，在调整部分11中，以对数形式输出Ye′、me′、ce′、ke′。于是，只要变换以往机器中的一个构成因素，就可以应用关系式（1）。与第1实施例相比，可用较少的变更将已有的系统改造成本方式的系统。

图8示出第3实施例，照旧保留以往的灰度层次控制（IMC）部分16，反对数变换部分15和该灰度层次控制部分16间的连接断开。因此，采用了与第2实施例相同的调整部分，即采用了以对数形式输出Ye′、me′、ce′、ke′的调部分11。调整部分11从灰度层次控制部分16的前面取出Y、M、C、K信号，将变换后的值输出给反对数变换部分15。

图9示出第4实施例，照旧保留反对数变换部分15和彩色通道选择器12，而两者间的连接断开。也就是，调整部分11从灰度层次控制部分16的前面取出Y、M、C、K信号，直接与彩色通道选择器12相连接，Ye′、me′、ce′、ke′不受以往系统的约束，可以用与第1实施例调整部分中同样程度的最佳处理状态来求出Ye′、me′、ce′、ke′。因此，与第3实施例相同，将以往系统稍加改造，就可以实现本系统。

图10示出第5实施例，将以往的影调变换部分整体构成为新的调整部分11，在该调整部分中可应用关系式（1）。

图6～图10的例子中，在图像形成部分内都是对具有光电导性的感光体进行激光束扫描以形成静电潜像，均属电子照相式方法;但是，作为像素分布式记录图像的形成，还可以采用其他方法，例如静电记录式、磁记录式等各种方法。

如图11所示，在静电记录方法中，接近或接触由移动的片状电介质构成的记录体，在其移动方向的垂直方向上配置了多个电极的记录磁头，记录磁头上的各个电极上加入电压，以形成静电潜像。在此潜像上附加调色剂实施显像之后，与电子照相式的情况便相同了。对于作为电极集合体的记录头，别上作为输出信号的电压，而此输出信号与输出部分4的点控制部分14给出的应记录的图像相对应。此外，在磁记录方法中，例如记录体是在鼓体表面上均匀涂敷磁性材料制成的，在与其表面接触的记录磁头上加入作为图像信号的电压，同时使记录磁头与记录体表面相对地移动，以便在记录体表面上形成磁性潜像。对此潜像进行显像时，是利用磁性材料调色剂，除此之外，还是与电子照相式的情况相同的。

如上所述，若改造以往机器的影调调整部分，可将关系式（1）和其他处理融合起来，在依靠系统的最佳化而实现高速化、小型化的同时，还能提高每个系统的性能价格比。

另外，在以上的实施例中，彩色分解部分虽具有与以往相同的构成，但若通过利用关系式（1）而不需要彩色收集（CC）部分9和USR/UCA部分10，则也可采用省略这些部分的彩色分解部分。

此外，对于通常使用的与特技效果相关部分，例如与本发明无直接关系的模糊化或清晰化效果等，在以上的实施例中未加说明。

（4）关系式（1）的有用性

下面，对适用于本发明图像形成装置的影调调整机构的关系式（1）的有用性，进行补充说明。

这是为了便于理解本发明而进行的补充说明，以便对本发明图像形成装置中影调调整机构适用的关系式（1）的运用及其结果之意义，作为主体来详细地进行叙述。

（一）关系式（1）的运用实验

对于将关系式（1）组合入图像形成装置中影调调整机构的基础实验，进行了下述两个实验。

a）首先，利用通常的简易计算机，即商品名为夏普毕哥拉斯EL509A（SHARP公司制造），在关系式（1）中代入所期望的数值，同时操作该简易计算机，得出下面表6（1）、（2）、（3）和表7、表8所示的图像影调调整表。

其结果表明，这些作业所需的时间，包括计算结果的检验时间在内，分别为3小时、2小时、2小时。

b）还进行了下面的实验。

将另外求得的、所期望的软件作为函数数据输入简易型个人计算机（NEC公司制PC-9801-M2），并将原稿图像（连续影调图像）的基础密度值（x）调整成与之对应的像素分布式记录图像上像素块内记录的像素数目比（y）（以下，称为记录像素面积比）。

其所得结果，当然与使用上述简易计算机进行手工计算的结果有相同的数值。

而且，在此实验中，为了制成对该个人计算机输入图像影调调整用的上述软件，需使用特别的软件，使用该个人计算机附属的N88-BASIC来做制成作业时，其完成时间仅需1小时。

此外，已经确认，代替原稿图像的基础密度值，由密度计对原稿上明亮处（H）到阴暗处（S）进行测量，依靠可将测量值直接输入的软件，能达到变换和修正图像影调的目的。

在原稿图像上，利用这些软件设定所期望的密度间隔（例如，对0.00～1.00以0.05刻度为间隔，对1.00～3.00以0.1刻度为间隔），将其值作为该个人计算机的输入指令，可达到得出像素面积比（y）的目的。

并且，将原稿图像上从明亮处到阴暗处的多样密度值进行输入，可得到与之对应的、所期望记录的像素面积比（y）。

利用上述软件所记录的像素面积比（y），可单独或同时地输出正像或负像。

（二）由关系式（1）求出的计算结果及其有用性

下面，对上述表6（1）、（2）、（3）和表7、表8的有用性进行说明。（又，各表中的y值为像素密度值。）

〔关于表6（1）、（2）、（3）〕

表6为下列情况下的一览表：由图像形成装置从原稿图像上形成黑白图像，当调色剂等图像记录材料的密度（表中表示为记录图像密度域，它相当于关系式（1）的γ值）和记录的像素面积比的使用范围（表中表示为最大像素密度值，分0～100%、0～98%、0～95%三种情况）变化时，为了得到理想的影调特性曲线，应如何设定各取样点的像素面积比（y）（像素密度值）。

此外，从一览表中可得知，即使调色剂等的密度相同，改变所记录的像素面积比的使用范围时（即改变γ值时），理想的影调特性曲线会如何变化，又须使之如何变化。

表6中，决定ε值的β值由β＝10^-γ确定的。附带说明，当记录图像密度域＝γ值＝1.0时，ε＝1/（1-β）＝1.1111。此外，与像素密度值（%）同行的值是β＝0（ε＝1.0）时的理论值。

另外，对于从连续影调图像等原稿图像上按1∶1形成对应的像素分布或黑白图像，以及对于黑白图像的影调特性能任意调整，掌握其技术和方法是彩色图像形成的基础。

〔关于表7〕

表7与表6相同，它是如下情况下的一览表：由图像形成装置从原稿图像上形成黑白图像，在图像形成材料（调色剂等）的密度变化时（即记录图像密度域＝γ值发生变化时，最大像素密度值的使用范围取0%～100%场合，图像整体的对比度不管如何，为了对人眼视觉形成有相同的影调、色调和相同的质量的图像，各必要的取样点上像素面积比（y）（像素密度值）是怎样的。

换言之，这是在理想条件情况下，与使用的图像形成材料（调色剂等）的密度值相对应理想影调特性曲线上，各取样点所记录的像素面积比（y）的一览表。

〔关于表8〕

表8的基本条件与表7相同，它表示出，在采用最大像素密度值的使用范围（5%～95%）情况下，理想影调特性曲线上的各取样点，应设定怎样%的记录像素面积比（y）（像素密度值）。

至今，在印刷图像制作等的彩色分解工作中，首要重视的是用掩蔽技术进行的彩色校正;在图像的影调调整工作中，基本上还依赖于专业人员的经验和直觉，或者依赖于有限数量的固定的已知数据。因此，根据印刷图像等复制图像的侧面知识，必须使形成复制图像时的影调变换技术科学化。

本发明的关系式（1）就是以合理的方法进行形成复制图像时的影调变换。此外，表6～表8的数据表示出通过关系式（1）所得到的原稿图像的基础密度值（x）和记录图像的像素面积比（y）间的相互关系，就图像形成时的彩色分解工作中的各种基本事项而言，这些数据对于科学研究是有用的基础资料。

从这些表中可以得知，原稿图像和彩色分解工作之间存在的本质和原理是什么，又为了将其本质和原理与实际业务合理地结合起来，必须注意、考虑什么问题。

（三）关系式（1）在影调修正（或变更）中的适用性

另外，关系式（1）不仅适用于图像影调的变换（即从连续影调的原稿图像向逼真度高的像素分布式影调图像变换），而且对原稿图像本身的修正，即所谓的影调修正（或变换）也有效。

该图像影调的修正（或变更），是指对于下列必须进行的情况，即所形成的记录图像的缩小或放大、订购者的意愿、彩色原稿中对象图像的种类、所形成图像的使用目的、记录用纸的白度及图像记录材料（油墨）的浓度等。不论哪一情况，都可以通过关系式（1）的运用作出合适的对应，并可将各种彩色分解工作做到规格化、标准化。

此外，根据本发明，明亮部分和阴暗部分的图像影调的修正（或变更）也可同样地进行。由图1所示可知，这是因为，通过所用的γ值来任意改变影调特性曲线（确定x值和y值间相互关系的曲线）的形状。并且，已经确认，通过本发明的关系式（1）的影调变换，不需采取特别的对应措施，便可将彩色原稿明亮部分上有的彩色模糊自动消除。

本发明可收到下述的良好效果。

1）图像形成方面最基本的事情在于，在确定连续影调图像等原稿图像的密度值和所形成的记录图像（按像素分布记录的图像）中记录像素面积比之间的关系时，以往都是根据专业人员的经验和直觉或者有限数量的固定已知数据这种不合适的方法。与此相反，在本发明中，无论在何种已知的条件下，均可根据关系式（1）合适地确定出上述关系。此外，将连续影调图像等原稿图像变换成像素分布式记录图像时，作为最重要条件的影调处理（影调的变换、修正或变更）做得怎样，不仅对图像的影调，并且对图像的色调也有直接的密切关系，而采用本发明可合适地处理影调和色调。也就是，在影调调整机构中采用按本发明关系式（1）的算法的图像形成装置，可以将影调变换工作（彩色分解工作）在理论上合适地加以系统化，并可使其运用简单化，其效果是非常大的。

2）通过将关系式（1）应用于图像形成装置中的影调调整机构，设备可以合理化、简单化、并可降低制造成本。另外，这类设备的操作也可简易化，明确化，又可使作业的返工极少，大幅度地节省资财消耗，从而能明显地提高图像形成装置的性能。特别是在图像形成装置的性能方面，具有下述的一大优点，即不论原稿图像的质量如何，都可以形成影调和色调优良的记录图像。

3）通过利用关系式（1）的影调调整机构，可以与原稿图像的图像信息断开，从而能合适并简便地确定出像素分布式记录图像的质量评价基准。因此，可以合适地满足客户的多样化需求。

4）由于采用关系式（1），随着图像形成设备的高水平化，通过关系式（1）的运用可以有效地进行必要的技术人员教育和培训，节省日常作业中不必要的劳力，并能确保新的创造性研究开发工作具有充分的时间。

Claims (5)

1、图像形成装置，从原稿图像上得到的图像信号由影调调整机构进行处理，并根据该处理信号，按照对应的像素分布在记录纸上形成记录图像，其特征在于：上述影调调整机构将基于图像信号的原稿图像上任意取样点的基础密度值(x)(该取样点上的密度值与同一图像上最亮部分的密度值之差)在所形成的记录图像上变换处理成所记录的单位像素数对构成相应于上述取样点的像素块内单位像素数之比(y)，其变换处理按下述关系式(1)进行。

关系式

$y=y_H+\frac{\mathrm{\α}(1-{10}^{-\mathrm{kx}})}{\mathrm{\α}-\mathrm{\β}}(y_S-y_H)--------\left(1\right)$

式中，各符号分别为

x：原稿图像上任意取样点X的基础密度值。即从图像上任意取样点X的密度值中减去同一图像上最亮部分H密度值所得之差的密度值。

y：所形成的记录图像上，记录的单位像素数对构成相应于上述x的像素块内单位像素数之比。

yH：记录的单位像素数相对于形成的记录图像上最亮部分H的像素块所设定的、构成该像素块的单位像素数之比。

yS：记录的单位像素数相对于形成的记录图像上最暗部分S的像素块所设定的、构成该像素块的单位像素数之比。

α：记录纸的反射率。

β：根据β=10^-γ求得的数值。

k：根据γ/(原稿图像密度域)求得的数值。

γ：任意系数。

2、如权利要求1所述的图像形成装置，其中，为了向记录纸上记录图像，在具有均匀带电的光电导层的图像形成体上，通过激光束扫描形成反映上述像素分布的潜像，利用调色剂将该潜像显像后复制到记录纸上，再进行定影。

3、如权利要求2所述的图像形成装置，其中，应用特定彩色的调色剂对上述图像形成体的形成潜像、用调色剂的显像、以及向记录纸上的复制等一系列操作或其一部分操作中，对于同一种操作采用不同彩色的调色剂，再后对于同样的操作，只是以必要的彩色数目反复进行，并在同一记录纸上对准位置予以复制，并进行定影，从而形成彩色图像。

4、如权利要求1所述的图像形成装置，其中，为了向记录纸上记录像素，对于移动的静电记录体，在与其移动方向垂直的方向上配置多个记录电极，它们上面加上电压，在静电记录体上形成静电潜像，用调色剂将该潜像显像后复制到记录纸上，并进行定影。

5、权利要求4所表述的图像形成装置，其中，应用特定彩色的调色剂对上述静电记录体的形成潜像、用调色剂的显像、以及向记录纸上的复制等一系列操作或其一部分操作中，对于同一种操作采用不同彩色的调色剂，再后对于同样的操作只是以必要的彩色数目反复进行，并在同一记录纸上对准位置予以复制，并进行定影，从而形成彩色图像。

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