CN1557090A - 阈值矩阵产生方法、图像输出系统、存储介质、灰度再现方法、阈值矩阵、图像处理方法、图像处理装置、图像形成装置以及打印机驱动器 - Google Patents

Abstract

一种阈值矩阵产生方法，产生多个为了以多种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据量化为三值或更多值数据的阈值矩阵。该方法包括：第一级，确定为了以一种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序，以及第二级，根据第一级中确定的阈值布局次序，产生用于把多级图像数据量化为三值或更多值数据的多个阈值矩阵中的每一个。

Description

阈值矩阵产生方法、图像输出系统、存储介质、灰度再现方法、 阈值矩阵、图像处理方法、图像处理装置、图像形成装置以及打印机驱动器

技术领域

本发明一般涉及阈值矩阵产生方法、图像输出系统、存储介质、灰度(gradation)再现方法、阈值矩阵、图像处理方法、图像处理装置、图像形成装置以及打印机驱动器，尤其涉及为了以多种具有不同尺寸、不同色调或亮度、或者不同尺寸和色调或亮度的点的开(ON)和闭(OFF)态显示半色调，而把多级(或多值)图像数据量化为三值或更多值数据的阈值矩阵。

背景技术

通过数字图像处理产生半色调图像的方法一般可以分为两类，即，抖动(dither)方法和错误扩散(或分散)方法。抖动方法需要相对较少的计算处理，并能够进行高速处理。所以，抖动方法适合图像质量低于中程(medium range)，但需要对波纹干扰(moiré)进行测量的情况。另一方面，错误扩散方法与抖动方法相比，需要相对大量的计算处理，并且很难实现高速处理。所以，错误扩散方法适合图像质量高的情况。因此，抖动方法和错误扩散方法都具有优点和缺点，依据应用情况选择使用，其中应用情况即，图像输出装置的结构和将要处理的目标图像的类型。

也已提出了半色调处理方法，其结合了抖动方法和错误扩散方法的优点。一般，这些半色调处理方法经常称为FM掩模方法、FM屏蔽方法以及蓝噪声掩模方法。这些半色调处理方法更接近抖动方法，是使用类似拜尔(Bayer)型的扩散型矩阵比较方法的技术。

FM掩模方法使用具有排除了低频分量而只由高频分量形成的频率性质(蓝噪声(BN)性质)的阈值矩阵。虽然FM掩模方法是掩模比较方法，其可使在拜尔型抖动和点集中型抖动情况中观测到的低频分量的周期特性不显著。结果，FM掩模方法对波纹有高抗拒，并可得到与在错误扩散方法中得到的分辨率相当的分辨率性质。因此，FM掩模方法被认为在打印领域很有前景。

在日本专利NO.2622429中提出了产生理想FM掩模的方法。根据这一提出的方法，对完全随机(白噪声)点图形进行傅立叶变换，由具有BN性质的滤波器滤波，然后对其进行傅立叶逆变换得到理想FM掩模。

另一方面，Robert Ulichney提出了优化掩模的方法，“用于抖动阵列生成的空域和群域方法(The Void-And-Cluster Method For Dither ArrayGeneration)”，SPIE，1913卷。这一提出的方法通过比较点稀疏的空域部分和点密集的群域部分和进行点转换来优化掩模。

上述两种提出的方法都使用随机图形作为初始图形。所以，最后得到的计算结果每次呈现不同的值。另外，问题在于，由于必须从不规则分布态重组到均匀分布态，所以依据掩模的尺寸需要极长的计算时间。

日本公开专利申请No.8-80641中提出了消除该问题的方法。该方法使用由错误扩散处理产生的初始图形作为起始点。根据该方法，设计者可任意控制变成起始点的初始掩模。因此，可通过消除偶然因素保证计算结果的递归。另外，因为可从初始态中得到均匀分布，所以不仅可以改善最后产生的掩模质量，也可缩短计算时间。

然而，根据在用作起始点的初始图形中连续优化每次一个灰度的连续确定，下一步选定的点布局受到前面刚刚确定的点布局图形的限制。即使假设初始图形在耐粒度和密度的方面能够形成最优的点布局，其只在起始点施加到灰度级。对于对点布局增加或减少几个点的下一个灰度级，点布局虽然仍可获得高品质，但已不再是最优的了。随着灰度级发展，离最优点布局的误差持续累加，那么最终灰度级的点布局可能与最优点布局相差很远。

图1图示了这种点布局的质量退化。点布局向图1右端退化。

为抑制点布局的质量退化，已提出了各种优化函数和点布局搜索方法。然而，这些提出的方法都使用通过从特定灰度级(1/2555或128/2555)开始并连续每次一点地获得点位置，来产生阈值矩阵的技术。因此，由刚才(immediately preceding)的灰度级导致的累积限制的问题仍然存在，并且不会从上述提出的方法得到很大的改进。

另外，为了把理想BN性质添加给阈值矩阵，依据分辨率，该阈值矩阵必须具有极大的尺寸。各种研究结果发现，对于具有600dpi分辨率的图像，阈值矩阵必须具有至少256×256的尺寸，对于更高的分辨率，阈值矩阵的尺寸必须更大。考虑到通常使用的现有扩散型抖动矩阵的尺寸是4×4到16×16，该阈值矩阵是极大的。但是当矩阵变成过大时，很难构造使用允许高速处理的抖动方法的图像形成装置。产生掩模所需的计算处理负载变得尤其大。

最近，图像形成装置，例如打印机，开始使用一种以两种或多种具有不同尺寸、不同色调或亮度、或者不同尺寸和色调或亮度的点的开和闭态显示半色调的方法。根据这样的半色调显示方法，必须对应于每种点预备阈值矩阵，并且把多级图像数据量化为三值或更多值数据。

发明内容

本发明的一般目的是：提供一种创新实用的阈值矩阵产生方法、图像输出系统、存储介质、灰度再现方法、阈值矩阵、图像处理方法、图像处理装置，图像形成装置以及打印机驱动器，这些解决了前述问题。

本发明的具体目的是，提供一种阈值矩阵产生方法和存储介质，其可高效地产生用于以多种点的开和闭态高质量显示半色调的阈值矩阵。

另外，本发明的具体目的是，提供一种图像输出系统，其使用该阈值矩阵实现高质半色调显示。

另外，本发明的具体目的是，提供一种阈值矩阵产生方法，其产生多个为了以多种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据量化为三值或更多值数据的阈值矩阵，该方法包括：第一级，确定为了以一种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序；第二级，根据第一级中确定的阈值布局次序，产生用于把多级图像数据量化为三值或更多值数据的多个阈值矩阵中的每一个。根据本发明的阈值矩阵产生方法，即使当阈值矩阵在量化多级图像数据时依据灰度级变化，对多个阈值矩阵使用共同的基本布局(阈值布局次序)，以使各种点，例如具有不同点直径的点，具有持续扩散性质。因此，可防止不同种类的点相互干扰，并产生具有不同周期或基的不同纹理。另外，因为不同种类的点的布局次序恒定，可防止在矩阵图形的间隙中偶然排列大点时生成的不期望孤立的点。此外，可通过二级(二进制)数据优化多个阈值矩阵的阈值布局次序，即对具有最大尺寸点的优化。所以，通过改善具有最大尺寸和最易影响粒度的点的扩散性质，可同时改善对人眼不显著的中点和小点的粒度，从而改善整幅图像的粒度。

在阈值矩阵产生方法中，第一级可包括：从所有灰度部分中选择随机灰度级；根据优化条件确定选定灰度级的点布局；根据基于始端和末端灰度级的优化点布局的优化条件，确定选定的始端灰度级和末端灰度级之间的每个灰度级的点布局；以及基于每个灰度级确定的点布局，确定为二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序。根据本发明的阈值矩阵产生方法，通过在选定的灰度级间隔优化点布局，可抑制优化点布局的错误积累。所以，可以避免点布局的质量退化，否则其会在普通FM屏幕情况下随灰度级的变化逐步发生。

在阈值矩阵产生方法中，第一级可包括：进行调整处理，以把始端灰度级的优化点布局包括在末端灰度级的初始点布局图形中；在保持始端灰度级的点布局的同时，基于调整处理后的初始点布局图形，根据优化条件确定末端灰度级的点布局。根据本发明的阈值矩阵产生方法，可保证灰度级的连续性，并有效地防止伪轮廓和纹理的生成。

另外，本发明的具体目的是，提供一种计算机可读存储介质，其存储用于使计算机产生多个为了以多种点的开和闭态显示半色调，而把多级图像数据量化为三值或更多值数据的阈值矩阵的程序，其中该程序包括：第一部分程序，其使计算机确定为了以一种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序；第二部分程序，其根据第一部分程序中确定的阈值布局次序，产生用于把多级图像数据量化为三值或更多值数据的多个阈值矩阵中的每一个。根据本发明的计算机可读存储介质，即使当阈值矩阵在量化多值图像数据时依据灰度级变化，在多个阈值矩阵使用共同的基本布局(阈值布局次序)，以使各种点，例如具有不同点直径的点，具有持续扩散性质。

另外，本发明的具体目的是，提供一种图像输出系统，包括：第一部分，其确定为了以一种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据二进制化的多个阈值矩阵的阈值布局次序；第二部分，其根据第一部分确定的阈值布局次序，产生用于把多级图像数据量化为三值或更多值数据的多个阈值矩阵中的每一个；以及第三部分，使用第二部分产生的阈值矩阵，为了以多种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据量化为三值或更多值数据。根据本发明的图像输出系统，即使当阈值矩阵在量化多级图像数据时依据灰度级变化，在多个阈值矩阵使用共同的基本布局(阈值布局次序)，以使各种点，例如具有不同点直径的点，具有持续扩散性质。图像输出系统可由的通用计算机例如个人计算机和图像形成装置例如打印机构成，或者仅由图像形成装置例如打印机构成。

另外，本发明的具体目的是，提供一种灰度再现方法、阈值矩阵、图像处理方法、图像处理装置、图像形成装置以及打印机驱动器，以上即使在低分辨率和/或高速记录下也可实现令人满意的图片质量。

另外，本发明的具体目的是，提供一种灰度再现方法，其包括：使用抖动矩阵使多灰度图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据，所述抖动矩阵至少在多灰度图像的一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。根据本发明的灰度再现方法，可抑制分辨率的退化，改善线主色调的连续性，所以即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得高质量图片。

在灰度再现方法中，对应于抖动矩阵的一定色调的两个二级图像的差值图像可具有高通滤波器性质。

在灰度再现方法中，对抖动矩阵的一定色调，因二维空间频率而导致的除极坐标中预定方向上的线主色调之外的功率谱角分布均匀近似。

在灰度再现方法中，主色调可为线群主色调。

另外，本发明的具体目的是，提供一种阈值矩阵，用于将多灰度图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据，包括：多灰度图像的至少一些色调的预定方向上的线主色调；以及在除线主色调之外的部分的高通滤波器性质。根据本发明的阈值矩阵，可抑制分辨率的退化，改善线主色调的连续性，所以即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得高质量图片。

在阈值矩阵中，对应于抖动矩阵的一定色调的两个二级图像的差值图像可具有高通滤波器性质。另外，对抖动矩阵的一定色调，因二维空间频率而导致的除极坐标中预定方向上的线主色调之外的功率谱角分布均匀近似。。另外，主色调可为线群主色调。

另外，本发明的具体目的是，提供一种图像处理方法，包括把多色图像分解成多个颜色组分；以及使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据，其中抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。根据本发明的图像处理方法，可抑制分辨率的退化，改善线主色调的连续性，所以即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得高质量图片。

另外，本发明的具体目的是，提供一种图像处理装置，包括：用于把多色图像分解成多个颜色组分的装置；以及用于使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据的装置，其中抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。根据本发明的图像处理装置，可抑制分辨率的退化，改善线主色调的连续性，所以即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得高质量图片。

另外，本发明的具体目的是，提供一种图像处理装置，包括：用于把多色图像分解成多个颜色组分的装置；以及用于使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据的装置，其中抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。根据本发明的图像处理装置，可抑制分辨率的退化，改善线主色调的连续性，所以即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得高质量图片。

另外，本发明的具体目的是，提供一种图像形成装置，包括：分解部分，把多色图像分解成多个颜色组分；转换部分，使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据；以及成像部分，依据转换部分的输出由多点形成图像，其中抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。根据本发明的图像形成装置，可抑制分辨率的退化，改善线主色调的连续性，所以即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得高质量图片。

另外，本发明的具体目的是，提供一种图像形成装置，包括：分解装置，用于把多色图像分解为多个颜色组分；转换装置，用于使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据；以及成像装置，用于依据转换部分的输出由多点形成图像，其中抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。根据本发明的图像形成装置，可抑制分辨率的退化，改善线主色调的连续性，所以即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得高质量图片。

在图像形成装置中，成像装置通过从包括喷墨记录、热传递记录、以及电子摄影记录的组中选择的记录技术在记录介质上形成图像。

另外，本发明的具体目的是，提供一种打印机驱动器，其在计算机上执行，用于把输出图像数据提供给由多个点形成图像的图像形成装置，包括：分解装置，用于把多色图像分解成多个颜色组分；以及转换装置，用于使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据，以生成输出图像数据，其中抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。根据本发明的打印驱动器，可抑制分辨率的退化，改善线主色调的连续性，所以即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得高质量图片。

通过结合附图具体描述，本发明的其它目的和更多特点将会变得更加清楚。

附图说明

图1图解了点布局的这种质量退化；

图2为一般性地图解根据本发明的阈值矩阵产生方法实施例的流程图；

图3图示说明了阈值矩阵以及其基本布局；

图4图示说明了对始端和末端灰度级的选择；

图5图示说明了通过错误扩散处理的扫描(sweeping)得到的点图形；

图6图示说明了由优化滤波器对评定值的计算；

图7图示说明了优化滤波器的应用范围；

图8A、8B和8C图示说明了点排列和矩阵尺寸以及调整角之间的关系；

图9图示说明了在优化处理前为了优化末端灰度级的点布局而进行的调整处理；

图10A和10B图示说明了始端和末端灰度级的优化点布局；

图11A、11B和11C图示说明了在始端和末端灰度级之间的灰度级上的点位置的优化；

图12为图解以四值数据显示半色调的图像形成装置的系统方框图；

图13图示说明了当使用大、中和小点显示灰度时使用的的点开闭方法；

图14图解了根据本发明的图像输出系统的实施例的结构；

图15图解了根据本发明的图像输出系统的又一实施例的结构；

图16A、16B和16C图示说明了在进行一般二级处理和多级处理时使用的点布局图形；

图17A、17B和17C图示说明了系统抖动方法；

图18图解了调整了尺寸的点和抖动掩模之间的对应；

图19A、19B和19C分别图解了小、中和大点的阈值矩阵；

图20图示说明了二级错误扩散技术；

图21为图解根据本发明的图像形成装置的第一实施例的结构透视图；

图22为图解图像形成装置的第一实施例的结构侧面图；

图23为记录头的分解透视图；

图24为记录头沿墨盒纵向的截面图；

图25为图解图24中重要部分的放大图；

图26为记录头沿墨盒短边的截面图；

图27为图示记录头喷嘴板的平面图；

图28为一般性地图解喷墨打印机的控制器的系统方框图；

图29为图解控制器驱动和控制部分的系统方框图；

图30为图解头驱动电路的系统方框图；

图31为说明驱动和控制部分操作的时序图；

图32为图解根据本发明的图像处理装置实施例的系统方框图；

图33A、33B和33C图示说明了在对输入图像进行拜尔型抖动处理和错误扩散处理后的点图形；

图34A和34B图示说明了在对输入图像进行拜尔型抖动处理后的图像数据；

图35图解了以10％的色调间隔对以300dpi记录的拜尔型抖动图形和错误扩散图形测量的粒度；

图36图示说明了喷墨打印机的机械偏差的影响；

图37A和37B图示说明了拜尔型抖动图形和喷墨打印机的机械偏差之间的干扰；

图38A和38B图示说明了在根据本发明的阈值矩阵实施例中具有倾斜主色调的点布局图形；

图39A和39B图示说明了用于电子摄影记录的线群主色调的点布局以及灰度级的主色调的变化；

图40A和40B图示说明了施加到喷墨记录的线群主色调的点布局以及灰度级的主色调的变化；

图41A、41B和41C图示说明了由拼贴(tiling)抖动掩模形成的主色调；

图42A、42B和42C图示说明了在掩模的每个灰度级有一点的情况下的拼贴和主色调；

图43A、43B和43C图示说明了在掩模的每个灰度级有两点的情况下的拼贴和主色调；

图44A、44B和44C图示说明了在掩模的每个灰度级有三点的情况下的拼贴和主色调；

图45A、45B、45C、45D、45E和45F图示说明了基矩阵到子矩阵的分割；

图46A和46B图示说明了具有预定方向的线主色调的阈值矩阵图形；

图47A和47B图示说明了在一定的色调具有降低的分辨率的灰度图像和矩阵图形；

图48图示说明了人的视觉性质；

图49A和49B图示说明了矩阵图形中具有高通滤波器性质的除线主色调之外的部分；

图50A、50B、50C和50D图示说明了由具有预定线主色调和除主色调的高通滤波器性质中之外的其它部分的矩阵形成的灰度图像；

图51A、51B、51C、51D和51E图示说明了一些色调的矩阵间差值图像；

图52A和52B图示说明了矩阵在极坐标中的功率谱分布；

图53图示说明了传统的拜尔型抖动矩阵在极坐标中的功率谱分布；

图54图示说明了传统的集中型抖动矩阵在极坐标中的功率谱分布；

图55为图解根据本发明的图像形成装置的另一实施例的方框图；

图56一般性地图解热传递型图像形成装置；

图57一般性地图解电子摄影型图像形成装置；

图58一般性地图解电子摄影型图像形成装置的处理芯(cartridge)；以及

图59为说明电子摄影型图像形成装置中点尺寸变化的时序图。

具体实施方式

图2为一般性地图解根据本发明的阈值矩阵产生方法实施例的流程图。图3图示说明了本实施例产生的阈值矩阵以及其基本布局。

在图2中，步骤S1到S5进行产生图3所示的基本布局1的处理。另外，步骤S6和S7根据公用基本布局1进行产生图3所示的阈值矩阵2、3和4的处理。这些处理可通过使用具有已知结构的通用计算机的软件实现。本发明还包括使计算机进行这些处理的程序和存储该程序的计算机可读存储介质。

在图3中，矩阵2针对小点，其中，色调0.4针对100％小点无分割图像，色调1.4针对100％最大尺寸点无分割图像，分配给小点的灰度级值为73/255，以及阈值间隔为4.5。另外，矩阵3针对中点，其中，色调1.0针对100％中点无分割图像，色调1.4针对100％最大尺寸点无分割图像，分配给中点的灰度级值为109/255，而阈值间隔为6.8。另外，矩阵4针对大点，其中，色调1.4针对100％大点无分割图像，分配给大号点的灰度级值为73/255，以及阈值间隔为4.5。

为了方便，下面描述以三种不同直径的点，即小、中和大点的开和闭态显示半色调的情况。当然，本发明可类似地用于产生使用两种或多种具有不同尺寸、不同色调或亮度、或者不同尺寸和色调或亮度的点显示半色调的阈值矩阵。

步骤S1到S5的处理是在假设由一种点的开和闭态显示半色调，即以二级数据显示半色调的情况下进行的。

步骤S1和S2从可显示灰度部分例如从灰度级0到灰度级256间的256个的灰度级中挑选一对始端灰度级和末端灰度级。始端灰度级和末端灰度级不连续，其间必须存有多个灰度级。另外，在高亮端，始端灰度级比末端灰度级多。灰度级从高亮端向灰暗端挑选。步骤S3只使用一种点确定选定的始端和末端灰度级的点布局。

下面参考图4到11，详细描述步骤S1到S3。

首先，如图4所示，为方便假设步骤S1和S2挑选灰度级m作为始端灰度级，挑选灰度级n作为末端灰度级。图4图示说明了始端和末端灰度级的选择。在图4中，选定的灰度级由箭头GL指出，始端(高亮端)表示为SS，末端(灰暗端)表示为ES，以及灰度级表示为m、m+1、m+3、…和n、n-1、n-2、n-3、…。

然后，步骤3为始端灰度级m准备初始点布局图形，通过使用评定函数评定初始点布局确定优化点布局。

通过由错误扩散方法或现有扩散型抖动来处理具有灰度级m的无分割图像得到的点图形可用作初始点布局图形。对高亮区域(从灰度级0到特定灰度级的灰度部分)，从粒度的角度，通过由例如拜尔型的现有扩散型抖动处理得到的点图形更适合作初始点布局图形，虽然它也依据于分辨率。然而，不希望使用白噪声图形作为初始点布局图形，因为当增加扩散和合并阈值矩阵以及当进行调整以维持灰度级的连续性时，计算处理的负载将变得极大。另外，在优化处理中容易得到较差的局部分辨率。

需要优化处理是因为在产生初始点布局图形时使用的处理方法的特有问题也会反映到初始点布局图形中。图5图示说明了通过错误扩散处理的扫描得到的点图形。在图5中，由于扫描的原因在顶部形成空白，该问题是错误扩散处理的特有问题。在由拜尔型抖动得到的点图形中观察到的竖直和水平方向的点排列很容易辨认为纹理，在这种情况中也需要优化处理，因为点排列可能与图像形成装置的主和辅扫描操作发生干扰，从而生成条纹。

然后，步骤S3根据优化条件对始端初始点布局图形进行优化处理。尤其对于为在初始点布局图形中开态点赋值1，为在初始点布局图形中闭态点赋值0的图形矩阵11，如图6所示，把每个开点认作目标点，并且增加具有预定尺寸的优化滤波器12以计算评定值。而且，重置点的开闭态以使为每个目标点计算的总评定值1 3最小。与使用傅立叶变换的蓝噪声(BN)方法相比，该方法可使用简单的过滤实现优化。图6图示说明了优化滤波器12对评定值的计算。在图6中，由虚线表示的圆形标记表示在图形矩阵11和优化滤波器12中目标点的位置。另外，如图所示对评定值13，对第一个目标点的评定值为67。

在图6中，为了简化描述，优化滤波器12和初始点矩阵图形的矩阵10的尺寸相同。然而，实际上，优化滤波器12是图7所示的圆形滤波器，具有比初始点布局图形的矩阵10小的尺寸。图7图示说明了优化滤波器12的应用范围。在图7中，目标点位置由灰色矩形标记TDP表示。另外，在图7中，优化滤波器12的滤波器尺寸(应用半径r)由下列的公式(1)确定，其随开点数变化。

r＝1+[{(可选点的最大数目)-(开点数目)}/π]^1/2     (1)

进行优化滤波器11的加权分布，以集中安排通过调整对目标点的人眼视觉性质(VTF)得到的值。人眼视觉性质可由下列公式(2)近似，其中x和y是在以目标点位置为原点的矩阵中的坐标、f＝[πLd(x²+y²)^1/2]/(180×25.4)、L表示观察距离(mm)、以及d表示分辨率(dpi)。

VTF(x，y)＝5.05exp(-0.138f){(1.0-exp(-0.1f))            (2)

在VTF中，灵敏度在1周/mm或更小(当公式(2)中的f＜5.0)的范围内迅速下降，如果如实反映到滤波器12，即使对高亮部分的点布局，也可确定阈值使点排列集中在一个位置。因此，在1周/mm或更小的范围内，通过假设VTF的灵敏度在该范围增加，使用运用回归计算的下列公式(3)。在这种情况下，可产生比由传统正交分布加权得到的点布局更适合人眼的点图形，因为该点图形基于VTF。

VTF(x，y)＝1.39408-0.3505×[{d(x²+y²)^1/2)}/25.4]          (3)

如前文所述，不希望优化处理的结果为点沿竖直和水平方向排列。为避免这种不理想的情况，把目标点在0度和90度(即水平方向和竖直方向)的邻域的加权设为更大值。

图8A、8B和8C图示说明了点排列和矩阵尺寸以及角调整之间的关系。在图8A和8B中，目标点位置由灰色圆形标记表示，其它点位置由黑色圆形标记表示。如图8B所示，即使在点布置在从0度线或90度线偏离了一点或者两点的位置的情况下，依照所产生的阈值矩阵的尺寸，这样的布置也可认为是水平方向和竖直方向的排列。为设计具有不规则性(或随机性)的扩散型阈值矩阵，应该了解，因为图8A中所示4×4矩阵实际上是拜尔型，如图8B所示矩阵尺寸必须至少为8×8或更大。如图8C所示，对于目标点位置，离0度线和90度线2点的视角，即在±14度的范围，视为竖直和水平方向的“邻域”。

另外，发明人从实验数据发现，如果沿倾斜方向(45度或135度)排列或连接的点混合到具有随机分散点的图形中，这种在倾斜方向点的排列或连接作为纹理对人眼变得显著。所以，当产生初始点布局图形时，加权放大不仅对0度和90度的邻域进行，也对45度方向进行。虽然目前的描述只是应用于以目标点位置为原点的第一象限，但是，通过依据象限相应的转换角度，当然也可以对第二、第三和第四象限进行类似的处理。换句话说，0度方向可转换到180度方向，90度方向可转换到270度方向等。

在以上述方式优化始端矩阵后，确定末端点布局。首先，准备类似于为始端准备的初始点布局图形，然后，在进行调整到优化始端矩阵的处理后进行优化处理。

图9图示说明了在用于优化末端灰度级的点布局的优化处理前进行的调整处理。首先，合并末端初始点布局图形21(11个开点)和优化的初始点布局图形20(8个开点)。在合并的点布局图形22(10个开点，5个多余的点)中，上述的优化方法施加到除始端点之外的其它点，以便如图形22A所示的一次删除一个多余的点，从而产生调整到始端的末端初始点布局图形23(11个开点)。最后，在调整处理之后，在末端初始点布局图形23中对除始端点之外的点进行上述优化，以确定最优末端点布局。

调整末端到始端的目的如下：即，虽然可以为每个灰度级准备具有不同点布局的阈值矩阵，但是这将损失灰度级的连续性。连续性的损失将生成伪轮廓和纹理。而且，在低价图像形成装置中，在成本方面，很难提供大量的阈值矩阵。因此，通过不断地调整始端和末端以匹配布局，可在阈值矩阵的一个点布局中合并所有最后可显示的灰度。

图10A和10B图示说明了由上述处理得到的对始端和末端灰度级的优化点布局。图10A图示了对始端的优化m掩模，以及图10B图示了对末端的优化n掩模。在图10A和10B中，黑色圆形标记表示从开始与m掩模存在于同样位置的点，灰色圆形标记表示在n掩模中不存在、但是通过对m掩模的调整而排列的点，而带竖纹的圆形标记表示作为调整m掩模后进行优化的结果排列的点。

实际中，图2中的步骤S1到S1从高亮端向灰暗端按要求多次重复。例如，如果在第一次挑选出始端灰度级m和末端灰度级n，第二次新挑选出前面的末端灰度级n为始端灰度级，新挑选出接近灰暗区域的预定数量的级的灰度级为末端灰度级。始端灰度级的优化点布局照原样使用，而对末端灰度级的初始点布局图形相对于初始点布局进行调整处理。之后进行优化以确定末端点布局。

当如上述确定随机灰度级的点布局，如图11A、11B和11C所示，图2中的步骤S4确定两个随机灰度级中每个灰度级的点布局。图11A、11B和11C图示说明了对始端和末端灰度级之间的灰度级上点位置的优化。图11A图示了优化m掩模，图11B图示了m+1掩模，以及图11C图示了优化n掩模。在图11A到11C中，黑色圆形标记表示从一开始与m掩模存在于同样位置的点，以点线表示的圆形标记表示可选点位置(备选点)，以及以“n”掩模的圆形标记表示增加了一级灰度级的点。

在挑选的灰度级m的下一个灰度级m+1中，添加点的备选位置选定为末端灰度级n的点布局中的一点。添加点的位置通过使用上述的优化方法从图11B中由点线表示的圆形标记表示的点备选位置中挑选出。结果，通过假设灰度级m+1为始端灰度级，确定灰度级m+1的点布局，并且类似确定下一个灰度级m+2的点布局。以类似的方式确定两个选定的灰度级(始端灰度级和末端灰度级m和n)之间的所有灰度级的点布局。

当然，在确定一对始端和末端灰度级的点布局之后，可使用处理程序即时确定始端和末端灰度级之间灰度级的点布局。

当所有灰度级的点布局都以上述方式得到确定，点从高亮端向灰暗端的出现次序确定下来。所以，步骤S5产生以一种点的开和闭态(即通过二级数据)显示半色调的扩散型阈值矩阵的布局(阈值布局次序)。产生的布局用作图3所示的基本布局1。如上述在联系初始点布局图形时，更理想地，依据分辨率(尤其对于低分辨率)，在高亮部分使用规则的现有抖动，并且在这种情况下，整个高亮端的灰度部分可由现有抖动代替。

下面，详细说明图2所示的步骤S6和S7。步骤S6和S7进行处理以产生以两种或更多种点的开和闭态(即通过三值或更多值数据)显示半色调的阈值矩阵。如上述，这种半色显示方法可控制点直径、墨汁色调、或者同时控制点直径和墨汁色调。但是在该实施例中，为方便假设点直径已得到控制。

首先，步骤S6为每个量化级计算可再现灰度范围。然后，步骤S7把每个计算出的可再现灰度范围分配给基本布局，以为每个量化级产生阈值矩阵。对应每个点直径的阈值矩阵的基本布局彼此相同且通用，但是，布局中单个阈值和阈值差值由相对于可由相应点直径和矩阵尺寸形成的100％无分割色调作差值确定。结果，即使对相同的点面积，可显示色调宽度依据的点直径而不同，但是单个灰度级的色调变化对所有的点直径可保持恒定。

图3图示了分别以使用小、中和大点的四值数据显示半色调的阈值矩阵2、3和4，以及同样施加到这些阈值矩阵2、3和4的基本布局1。因为基本布局1是二级优化扩散型阈值矩阵的布局，每个阈值矩阵2、3和4也是扩散型阈值矩阵。

图12为图解使用阈值矩阵2、3和4以四值数据显示半色调的图像形成装置的系统方框图。在图12中，量化单元600使用于源于阈值发生器602、603和604的三个量化阈值Th1、Th2和Th3把多级图像数据IN量化到四值数据。阈值发生器602、603和604生成对应图像空间的多级图像数据IN的每个像素阈值矩阵2、3和4的阈值，并且把生成的阈值作为三个量化阈值Th1、Th2和Th3输出。每个阈值发生器602、603和604可包括：存储器，例如ROM，用于存储相应的阈值矩阵2、3和4；以及计数器，其响应多级图像数据IN的像素时钟从ROM读取阈值。当然，阈值发生器602、603和604可由单独的ASIC电路形成。

量化单元600把量化信号输出到图像形成引擎605的，其中的量化信号在多级图像数据IN的像素值小于量化阈值Th1时表示点的闭态，在多级图像数据IN的像素值大于或等于量化阈值Th1并且小于量化阈值Th2时表示小点的开态，在像素值大于或等于量化阈值Th2并且小于量化阈值Th3时表示中点的开态，在像素值大于或等于量化阈值时表示大点的开态。图像形成引擎605通过控制依据从量化单元600接收的量化信号的大、中和小点的开和闭态，形成以四值数据显示半色调的图像。

在可对点直径实现超精细控制的图像形成装置中，可只使用面积调制获得充分的灰度显示，而不必使用扩散性质。然而，在通常使用的低价图像形成装置中，例如喷墨打印机、电子摄影型打印机、和热传递打印机，只可以两到三步的次序调制点的直径。因此，为在这些低价图像形成装置中实现光滑灰度显示，有必要使用扩散性质。另外，因为可调制的点的直径依据图像形成装置差异很大，需要类似图13中的点开闭。图13图示说明了当使用大、中和小点显示灰度时的点开闭方法。除非进行了点开闭，否则依据阈值矩阵的布局将首先打印最大直径的点，这样相当于在使用二级数据的情况下形成图像，结果将损失使用三值或更多值数据形成图像的优势。

在使用二值数据的情况下，必须由具有固定点直径的点形成无分割图像，这样，点直径一般设为分辨率间距的 或几倍。因此，在数据中的点面覆盖达50％之前，实际图像中就会生成部分重叠的点。如果该级在数字数据的情况中没有因为重叠而改变，并且即使重叠发生，级“1”仍保持为“1”，那么，可通过简单地减去重叠的面积把重叠反映给阈值。然而，这种简单的方法在实际操作中不能使用。

例如，在喷墨打印机的情况下，更多墨汁附着在重叠部分以增加色调。在电子摄影打印机或热传递打印机的情况下，更多记录能量(电能或热量)集中在重叠部分，当集中记录能量传导到重叠部分的周围部分时产生多余的点增益。

在使用三值或更多值数据的情况下，在最大尺寸的点确实发生类似的问题。但是，可通过进行如图12所示的点开关在除极有限的灰暗部分避免该问题的发生。另一方面，对除最大尺寸外的其它点，即使在将点面覆盖设置为100％时，也没有重叠部分生成，并可通过简单地使用面积覆盖、Yule-Nielsen多项式等计算可由各种尺寸的点显示的灰度级数。如上所述，通过根据扩散型阈值矩阵的布局安排灰度级数，可产生对应于每个点的尺寸的扩散型阈值矩阵。

另外，依据点的尺寸，可显示的灰度级数不需要对每个点尺寸都一样，但是阈值的布局相同。所以，即使每个灰度级的点布局图形对每个点尺寸不同，在点布局图形合并时，不会出现不自然。而且，可在保持图片质量的同时减少阈值矩阵的尺寸，因为对每个点尺寸可分割灰度级数，并且即使对相同的布局也可通过减少点直径改善粒度。因此，减少了改进阈值矩阵的时间和负载，也可在图像形成装置中减少提供阈值矩阵的成本。

由本发明产生的阈值矩阵可适用于何以点显示图像的图像记录系统。由本发明产生的阈值矩阵尤其适用于记录多级图像但不能在大范围内精细控制点直径和点色调的低价打印机，例如喷墨打印机、电子摄影型打印机、以及热传递打印机。

下面描述根据本发明的图像输出系统的实施例的结构，参考图14和15，其使用以上述方式产生的阈值矩阵。

图14图解了根据本发明的图像输出系统的实施例。图13中所示的打印机驱动器200由例如个人计算机执行，其包括：预处理模块201；和灰度处理模块202，其备有根据本发明产生的阈值矩阵。预处理模块201进行一般熟知的预处理，包括对于图像数据的颜色管理模块(CMM)、黑色生成/下颜色降低(BG/UCR，black generat/under color reduction)和γ-修正、以及放大。灰度处理模块202使用上述阈值矩阵，把经过预处理模块201中预处理的图像数据量化为由三值或更多值数据构成的半色调数据。从灰度处理模块202输出的半色调数据提供给在例如纸的记录介质上打印半色调图像的打印机203。如图14所示的该结构尤其适合施加到低价打印机。

图15图解了根据本发明的图像输出系统的另一实施例的结构。图15中所示的打印机驱动器210由例如个人计算机执行，打印机驱动210进行一般熟知的预处理，包括对于图像数据的CMM、BG/UCR和γ-修正。控制器211装备于打印机里，进行一般熟知的包括放大图像数据的预处理。控制器211同时，使用上述阈值矩阵进行灰度处理，以把经过上述预处理的图像数据量化为由三值或高的数据构成的半色调数据。从控制器211输出的半色调数据提供给在例如纸的记录介质上打印半色调图像的打印机的图像形成引擎203。如图15所示的该结构尤其适用于高速打印机。

进行灰度处理的控制器211的量化方法，可通过合并电路或者例如具有如图12所示结构的ASIC电路实现，不过也可通过微处理器实现。

当然，上述打印机可包括图像形成装置，例如包括数字复印机的复印机、传真机、以及具有多台例如打印机、复印机和传真机的装置的复合功能的复合装置。

下面，描述在图像形成装置中在低分辨率和/或高速记录下发生的图片质量退化。

在传统的图像形成装置(或图像记录装置)中，例如打印机、传真机和复印机，形成的数字图像数据是由“1”和“0”、或者具有开和闭态的点构成的二级图像。但是由于图像形成引擎中进行的程序和实现高质图像的需求，更加普遍地，形成以多个灰度级显示每个像素的多级图像数据。

例如，在喷墨打印机中，改变墨汁色调的色调调制方法、使用不同尺寸点的点尺寸调制方法、以及同时使用色调调制方法和点尺寸调制方法的方法目前得到了普遍使用。

喷墨头的压力生成装置由热电阻在热喷墨打印的情况下生成气泡、在压电喷墨的情况下生成压电元、以及在静电喷墨的情况下生成静电元形成。点尺寸通过控制施加到该压力生成装置中的电极上的驱动电压的振幅、脉冲宽度、脉冲数等得到控制。然而，由于墨汁等的扩散，点尺寸控制在令人满意的重现中最多只能实现到四态，即大点、中点、小点和无点。

图16A到16C图示说明了在进行一般二级处理和多级处理时使用的点布局图形。图16A图解在进行二级处理情况下的点再现，图16B图解在进行色调调制情况下的点再现，以及图16C图解了在进行点尺寸调制情况下的点再现。在图16A到16C中，黑色圆形标记表示点，带阴影的圆形标记表示色调比黑色圆形标记表示的点低的点。另外，在图16A到16C中，左边的点图形表示低(轻)色调，中间的点图形表示中等色调，而右边的点图形表示高(黑色或最大)色调。

根据图16A到16C中图示的点再现，信息量主要由可控点尺寸确定。信息量随着可控点尺寸数目的增加而增加，从而实现接近原始图像数据的高质图片的再现。但是如上所述，在大部分喷墨打印机中，可控点尺寸数只有一到三(或者算上零为四)。通过合并点尺寸调制方法和色调调制方法可以在一定范围内改善图片质量，但是为达到理想的图片质量，在颜色管理(染色)和记录单元中增加了负载。因此，由于图像形成装置成本和尺寸的限制，即使合并点尺寸调制方法和色调调制方法，最多也只可能使图片质量改善两倍。

为补偿每像素信息量的不足，使用一种通常称为半色调处理的伪灰度显示技术来控制单位面积的点数。该伪灰度显示可显示排列为一色调的点数，并通过改变点密度显示多个灰度级。

抖动方法普遍使用在伪灰度显示中，典型的抖动方法包括系统抖动方法和随机抖动方法。系统抖动方法设置由n×n阈值构成的子矩阵(或抖动矩阵)，并且将其与输入图像重叠，以比较每个像素的色调级和抖动矩阵中相应的阈值。通过在输入图像的像素值大于或等于相应的阈值时，设值为“1”(黑色)，在输入图像的像素值小于相应的阈值时，设值为“0”(白色)，进行二级显示。如果对n×n像素的处理结束，通过在连续将抖动矩阵移到下一个n×n像素的位置的同时，重复进行上述处理而形成图像。

图17A、17B和17C图示说明了系统抖动方法。例如，对图17A所示的输入多级图像数据，其与图17B中所示由预定方法产生的n×n抖动矩阵进行比较。所以，只有具有大于或等于相应的阈值的值的输入图像的像素由图17C中所示的点代替。当然，可以以上述点只代替输入图像中具有小于相应阈值的值的像素。

图17C图解了二级点的情况，即点具有开和闭态。然而，通过把可再现的灰度范围分割成如图18所示的小、中和大点，可使点变为多级。图18图解了尺寸调制点和抖动掩模之间的对应。在这种情况下，当与输入图像数据比较以进行点替换时，对每个小、中和大点使用对应于点尺寸的阈值矩阵。图19A、19B和19C分别图解了对应小、中和大点的阈值矩阵。

另一方面，随机抖动方法对输入图像的每个像素生成随机值，并使用该生成值作为阈值。然而，使用随机抖动方法形成的图像一般不大光滑，对比于系统抖动方法不适合改善图片质量。

另外，可使用错误扩散方法进行伪灰度显示。然而，对比于抖动方法，错误扩散方法需要相当复杂的处理。

图20图示说明了二级错误扩散技术。在图20中，步骤ST1进行如图所示的错误扩散处理。黑色圆形标记表示具有打开点的像素，点线表示的圆形标记表示具有关闭点的像素，而数字表示未经处理的像素。步骤ST2如图示进行阈值处理。e_xy表示经阈值处理生成的错误，※表示作为下一个错误扩散处理目标的目标像素。

步骤ST3用错误加权矩阵EWM乘经处理的外围像素的错误值，通过把错误加权矩阵EWM加到下一个处理目标像素计算出调整像素值CPV。※表示作为下一个错误扩散处理目标的目标像素。步骤ST4比较固定(或可变的)阈值和调整像素值CPV，计算点的开和闭态以及错误值(e_xy)，其中“255”表示无分割图像，而“0”表示纯色。

所以，错误扩散方法为每个像素进行阈值处理，并且通过以一定的比例向后面的计算反映错误控制错误。所以，错误扩散方法可反馈到输出图像，甚至反馈到在抖动处理中强行丢掉的信息量，从而获得在分辨率等方面优于抖动图像的图片质量。

目前正在发展在由上述的抖动方法和错误扩散方法得到高图片质量的同时进一步改善分辨率。这是因为随着分辨率改善，单个点尺寸和点之间的距离变小，由抖动方法或错误扩散方法产生的点图形变得更加难于辨认。如果点图形不能被人眼辨认，这等于以一个像素作多级显示。在最近发展的喷墨打印机中，已实现了2880dpi的分辨率。

虽然增加分辨率可改善图片质量，记录单元的成本增加并且记录(打印)速度也降低了。为实现高分辨率，需要高精度控制以保持点位置的精度，另外需要形成比通常使用的点小的点。结果，图形形成装置的成本不可避免的增大。另外，当使用相同的记录单元时，在更高的分辨率下需要更多的时间进行记录，因为对于更高的分辨率，每个点的覆盖面积变得更小了。

但是在实际操作中，存在相对记录速度和成本优选高图片质量的情况，也存在只要图片质量高于预定值便优选理想的记录速度和成本的情况。换句话说，并不是在所有的情况下都要求高图片质量。

但是目前，所有的重点都放在通过硬件途径在保持高分辨率的同时进一步改善点形成速度和记录单元的安装密度上。换句话说，重点放在提高为高图片质量设计的图像形成装置的记录速度，而不是改善低分辨率低价图像形成装置的图片质量。

当改善为高图片质量设计的图像形成装置的记录速度时，因为成本的限制和安装面积的限制，不可能实现对记录速度改善可观的程度，除非修改记录序列本身。另外，当修改记录序列时，不可能应用高分辨率下的图像处理，除非修改图像处理本身。结果，必须依据修改的记录序列修改图像处理。但是在传统的图像形成装置中，只施加简单的图像处理，没有尝试主动地增加图片质量。

下面描述根据本发明的灰度再现方法、阈值矩阵、图像处理方法、图像处理装置、图像形成装置以及打印机驱动器的实施例，以上即使在低分辨率和/或高速记录下也可获得令人满意的图片质量。

图21为图解根据本发明的图像形成装置的第一实施例的结构透视图，而图22为图解图像形成装置的第一实施例的结构侧面图。为方便起见，图21和22图解了图像形成装置重要的内部部分，虽然其在实际的透视图和侧面图中不可见。在该图像形成装置的第一实施例中，本发明应用于喷墨打印机上。

在图21和22所示的喷墨打印机中，打印机构2装备于主打印机体1中。打印机构2包括：托架13，其可沿主扫描方向移动；记录头14，其安装在托架13上；以及墨盒15，用于给记录头14供应墨汁。纸张3从纸张供给盒4或者手工放纸盘5供给，打印机构2在纸张3上记录图像。记录图像的纸张3弹出到位于主打印机体1背部的纸张弹出盘6。

在打印机构2中，托架13可滑动地支撑在主导轨11和辅导轨12上，以沿主扫描方向(垂直于图22中纸张的方向)移动。主辅导轨11和12装备于主打印机体1的左右挡板之间。记录头14由分别向下喷射黄色(Y)、青色(C)、洋红(M)和黑色(Bk)墨汁的喷墨头构成。给相应的喷墨头提供黄色(Y)、青色(C)、洋红(M)和黑色(Bk)墨汁的墨盒(墨桶)15可拆卸地安装在托架13的顶部。

每个墨盒15有向空气打开的上端开口、用于给相应的喷墨头供给墨汁的下端开口、以及装备在内部以容纳墨汁的多孔材料。墨盒15中的墨汁由多孔材料的毛细作用保持为轻微的负压。墨汁由墨盒15供给到相应的喷墨头。

托架13的背部(沿输纸方向的下游端)由主导轨11可滑动地支撑，托架13的前部(沿输纸方向的上游端)由辅导轨12可滑动地支撑。为使托架13在主扫描方向移动，在由电动机17驱动的驱动滑轮18和从动滑轮19之间装有定时带20，并且将该定时带20固定在托架13上。所以，当电动机17向前和反向转动，托架13作往复移动。

在本实施例中，记录头14由喷射黄色(Y)、青色(C)、洋红(M)和黑色(Bk)墨汁的喷墨头构成。然而，也可使用单个记录头喷射黄色(Y)、青色(C)、洋红(M)和黑色(Bk)墨汁。如下文所述，可为记录头14使用压电型喷墨头，其包括：振动板，至少形成墨汁通道的一面的一部分；以及压电元件，其使振动板变形以给墨汁施加压力。

当然，记录头14的结构不受上述的限制。例如，可使用静电型喷墨头，其包括：振动板，至少形成墨汁通道的一面的一部分；以及正对着振动板的电极，其使用静电力使振动板变形以给墨汁施加压力。另外，可使用热力型喷墨头，其通过在墨汁通道中使用加热电阻加热墨汁生成气泡，以由气泡给墨汁施加压力。

另一方面，为输送放在记录头14下面的纸张供给盒4里的纸张3，需要装备下列机构。即，纸张供给辊21和摩擦垫22，用于从纸张供给盒4将每张纸张3分出并供给到导纸构件23。传送辊24，在纸张3的上面转动。传送辊25，在传送辊24的外周推动之。顶端辊26，限制纸张3从传送辊24的供纸角度。传送辊24由电动机27通过传动装置机构驱动。

导纸构件29在记录头14下根据主扫描方向与托架13的移动范围引导从传送辊24供给的纸张3。被驱动沿纸张弹出方向供给纸张的传送辊31，装备于正对着辊32的位置，沿纸张输送方向位于导纸构件29的下游端。另外，装备弹纸辊和辊34以把纸张3弹出到纸张弹出盘6上，导纸构件35和36安排为形成纸张弹出路径。

在记录时，在移动托架的同时，响应图像信号13驱动记录头14，以在静止的纸张3上喷出墨汁并记录一条线。在沿纸张输送方向将纸张输送预定的距离之后，记录下一条线。记录操作结束，响应记录结束信号或表示纸张3背面末端已到达记录头14的记录范围的信号，弹出纸张3。

恢复单元37配置在托架13移动方向的右边、记录区域的外面。恢复单元37包括：盖装置、吸入装置、以及清洗装置，用于在喷墨恶化或不合要求的情况下恢复记录头14。托架13在记录等待状态期间移动到恢复单元37的位置，通过盖装置给记录头14加盖，以防止记录头14的喷墨嘴干结和阻塞。另外，当对在记录等中没有参与记录的墨汁进行疏通操作时，吸入装置从相应的记录头14的喷墨嘴吸走墨汁并由清洗装置清洗喷墨嘴，以使每个喷墨嘴的墨汁粘性保持相同，以维持稳定的喷墨性能。

例如，当喷墨恶化，吸入装置在由盖装置封闭喷墨嘴的情况下从喷墨嘴吸走墨汁、气泡等。结果，清洗装置移走附着在喷墨嘴附近的墨汁、尘粒等，以主动恢复记录头14的喷墨性能。由恢复单元恢复的墨汁排出到位于主打印机体的下部的墨汁排出箱(未示出)，并由墨汁排出箱中提供的墨汁吸收材料吸收。

下面，参考图23到27，描述喷墨打印机的记录头14。图23是记录头的分解透视图。图24是沿墨盒纵向的记录头的截面图，图25是图解图24中重要部分的放大图。图26是沿墨盒短边记录头的截面图。另外，图27是图解记录头的喷嘴板的平面图。

记录头14，即喷墨头，包括：流动通道形成基片41(低通道形成构件)，由单个晶体硅基片构成；振动板42，其粘结在流动通道形成基片41的下表面；以及喷嘴板43，其粘接在流动通道形成基片41的上表面。用于喷射墨汁的喷墨嘴45在喷嘴板43上形成。喷墨嘴45与形成墨汁流动通道的压力盒46连通。共有墨盒48通过作为流动通道阻挡部分的墨汁供给通道47把墨汁供给到墨盒46。由有机树脂构成的墨汁阻挡薄膜50形成在压力盒46、墨汁供给通道47、以及接触流动通道形成基片41上墨汁的共有墨盒48的每一面。

堆栈型压电元件52对应于每个压力盒46装备外表面(对着共有墨盒48的表面)。另外，压电元件52安装在基础基片53上。间隔构件54安装于压电元件52的行周围。

如图25所示，压电元件52具有由压电材料55和内部电极56交替构成的堆栈结构。相应的压力盒46随着具有d33的压电恒量的压电元件52的缩小和膨胀而膨胀和缩小。当驱动信号施加到压电元件52并进行充电时，沿图25中箭头A表示的方向发生膨胀。另一方面，当压电元件中充电的电荷被放电时，沿箭头A表示的相反的方向发生缩小。基础基片53和间隔构件54具有渗透孔，其形成墨汁供给开口49，以把墨汁从外面供给到共有墨盒48。

头框57由聚亚苯基亚硫酸盐的环氧树脂通过喷射模制形成。流动通道形成基片41外的边缘部分和振动板42下面外部的边缘部分粘结在头框57上。头框57和基础基片53使用例如粘结物在一处(未示出)互相固定。提供驱动信号的可变形打印电路(FPC)线缆58通过焊接、各项异性导体膜(ACF)或者配线相连连接到压电元件52。用于选择性地把驱动信号(驱动波形)施加到每个压电元件52的驱动电路(驱动器IC)59连接FPC电缆58。

形成流动通道形成基片51的单晶硅的晶面(110)可使用例如氢氧化钾溶液的碱性蚀刻剂进行各项异性蚀刻，以形成作为压力盒56的渗透孔、作为墨汁供给通道57的凹槽、以及作为共有墨盒58的渗透孔。

如图26所示，振动板42由例如镍的金属电镀而成。振动板42包括：便于振动板42变形的对应于每个压力盒46的薄部分61，粘结压电元件52的厚部分62，以及对应于压力盒46之间的分离墙的厚部分。振动板42的平面表面由粘结物粘结到流动通道形成基片41，而振动板42的厚部分62和63由粘结物粘结到头框57。柱状部分64装备于基础基片53和相应的振动板42的厚部分63之间。柱状部分64具有和压电元件52相同的结构。

喷嘴板43在对应压力盒46的位置，包括具有近似10微米到30微米直径的喷墨嘴45。喷嘴板43由粘结物粘结到流动通道形成基片41。多个喷墨嘴45形成多点形成装置。如图27所示，喷嘴45的行(喷嘴行)配置为垂直于主扫描方向。在每行喷嘴45中，喷嘴45之间的间距为2×Pn。两行喷嘴45之间的距离为L。另外，一行喷嘴45及其相邻行的喷嘴45沿辅扫描方向同时移动Pn的间距，以使喷嘴45以Z字形方式排列。因此，可由主扫描和辅扫描形成具有Pn间距的图像。

喷嘴板43可由例如不锈钢或镍的金属构成，由聚酰亚胺树脂构成的金属和树脂膜的合成物，例如，硅，及其合成物。另外，为保证墨汁在喷嘴表面(具有喷射墨汁的喷墨嘴45的喷嘴板43的喷墨表面)的排斥性质，在喷嘴表面通过例如电镀和墨汁排斥涂层等公知的方法形成墨汁排斥层。

在具有上述结构的喷墨头中，给压电元件52选择性地施加近似20V到50V的驱动脉冲电压，以使每个施加了驱动脉冲电压的选定的压电元件在压电元件52层堆积的方向得到替换。结果，每个选定的压电元件52使相应的振动板42向喷嘴45变形，以引起相应的压力盒46的体积变化。这样在压力盒36中有压力施加到墨汁，墨汁滴从喷嘴45喷射出。

墨汁滴从喷嘴45的喷射使压力盒46内的墨汁压力下降，并由于墨汁的流动惯性在压力盒46中生成微小的负压。在这种情况下，当施加到压电元件52的驱动脉冲电压关闭时，相应的振动板42回复到原始位置，相应的压力盒46回复到其原始形状(体积)，因此在压力盒46中又生成了负压。在这种情况下，从墨汁供给口49供给墨汁，并由形成流动通道阻挡部分的墨汁供给通道47供给到压力盒46。所以，在喷嘴45处的墨汁半月面的振动衰退并稳定后，将驱动信号电压为下一次墨汁喷射而施加到压电元件52。

下面，参考图28描述喷墨打印机的控制器。图28为一般性地图示喷墨打印机控制器的系统方框图。

如图28所示的控制器包括：微型计算机(CPU)80，其一般性地控制整台喷墨打印机；只读存储器(ROM)81，其存储预定的固定信息；RAM 82，其使用为工作区域；图像存储器(光栅数据存储器)83，其存储从主机单元100传输的图像数据(点数据或点图形数据)；平行输入和输出(PIO)端口84；输入缓冲器85；平行输入和输出(PIO)端口84；波形生成电路87；头驱动电路88以及驱动器89。

各种信息和数据，例如图像数据，从主机单元100的打印机驱动器101传输，来自各种传感器的检测信号输入到PIO端口84。另外，预定信息通过PIO端口84输出到主机单元100和操作面板(未示出)。

波形生成电路87生成施加到记录头14的压电元件52的驱动波形。如下文所述，所述驱动波形可由使用对从CPU 80输出的驱动波形数据进行模数(D/A)转换的数模(D/A)转换器的简单结构生成。

基于从PIO端口86接收的各种数据和信号，头驱动电路88把来自波形生成电路87的驱动波形施加到记录头14选定管道的压电元件52。另外，驱动器89基于从PIO端口86接收的驱动数据驱动和控制电动机17和27，以沿主扫描方向移动托架13，并转动传送辊以将纸张3传送预定的距离。

现在参考图29到31描述涉及记录头14的驱动和控制的控制器的驱动和控制部分。图29是图解控制器的驱动和控制部分的系统方框图，图30是图解头驱动电路88的系统方框图。图31是图示说明驱动和控制部分操作的时序图。

在图29中，主控制器(CPU)91处理从主机单元100接收的作为打印数据的前数据(点数据)，并依据记录头14的布局进行竖直到水平转换。另外，主控制器91生成控制墨汁液滴变为与三值(三重)数据一致的大液滴、中液滴和小液滴(和无液滴或不打印)所需的二位驱动数据SD，并把二位驱动数据SD供给到头驱动电路(驱动器IC)88。主控制器91另外向头驱动电路88提供时钟信号CLK、锁存信号LAT、以及用于选择与要形成的点尺寸(墨滴尺寸)一致的驱动波形的驱动波形选择信号M1到M3。此外，主控制器91读取存储在ROM81中的驱动波形数据，并将其供给到驱动波形生成电路87。

驱动波形生成电路87包括：D/A转换器92，用于把从主控制器91接收的驱动波形数据转换为模拟信号；放大器93，用于把D/A转换器92的输出模拟信号放大到实际驱动电压；以及电流放大器94，用于把放大器93的输出放大为能够驱动记录头14的足够高的电流。例如，如图31(a)所示，电流放大器94输出在一个驱动周期内包括多个驱动脉冲的驱动波形Pv。将驱动波形Pv提供给头驱动电路88。

如图30所示，头驱动电路88包括：移位寄存器95，用于响应来自主控制器91的时钟信号CLK输入驱动数据SD；锁存电路96，用于响应来自主控制器91的锁存信号LAT锁存移动寄存器95的值；数据选择器97，用于依据锁存电路96锁存的一位驱动数据选择来自主控制器91的驱动波形选择信号(逻辑信号)M1到M3中的一个；电平移动器98，用于把数据选择器97的输出(逻辑信号)移动到驱动电压电平；以及传输门99，其具有受电平移动器98控制的打开和关闭态。传输门99从驱动波形生成电路87接收驱动波形Pv，并连接到对应的记录头14的喷嘴的压电元件52。

因此，在头驱动电路88中，数据选择器依据驱动数据SD选择驱动波形选择信号M1到M3中的一个，并由电平移动器98把选定的驱动波形选择信号(逻辑信号)移动到驱动电压电平。从电平移动器98输出的驱动电压电平施加到传输门99的门。

结果，传输门99依据选定的驱动波形选择信号M1到M3中的一个的持续时间开闭，并且将形成驱动波形Pv的驱动信号施加到每条与打开的传输门99相连的连线。

例如，在驱动波形Pv包括多个如图31(a)所示的驱动脉冲的情况下，每个只在时间T0到时间T1打开的传输门99输出一个驱动脉冲，如图31(b)所示。所以，当如图31(b)所示的驱动脉冲施加到压电元件52，小墨滴从相应的喷嘴喷射出。类似地，每个只在时间T0到时间T2打开的传输门99输出两个驱动脉冲，如图31(c)所示。这样，当如图31(c)所示的驱动脉冲施加到压电元件52时，中墨滴从相应的喷嘴喷射出。另外，每个只在时间T0到时间T3打开的传输门99输出五个驱动脉冲，如图31(d)所示。从而，当如图31(d)所示的驱动脉冲施加到压电元件52时，大墨滴从相应的喷嘴喷射出。

所以，通过生成包括多个驱动脉冲的驱动波形并选择施加到压电元件52的驱动脉冲数，可从一个驱动波形生成喷射小墨滴、中墨滴和大墨滴所必需的驱动波形。因此，只需一个电路生成驱动波形，只需一条信号线供给该驱动波形。从而可减小电路板和传输线的尺寸，也可降低其成本。

下面参考图32，描述根据本发明的图像处理装置的实施例。图32为图示图像处理装置实施例的系统方框图。该图像处理装置的实施例由将图像数据等传输到喷墨打印机的主机单元100形成，包括打印机驱动器101，即根据本发明的打印机驱动器的实施例。主机单元100和打印机驱动器101使用根据本发明的阈值矩阵的实施例，并进行根据本发明的图像处理方法的实施例，包括根据本发明的灰度再现方法的实施例。

在图像形成装置的实施例中，即上述喷墨打印机，实际记录的点图形和打印指示或命令一起从主机单元100接收，在图像形成装置中没有提供生成要记录的点图形的装置。所以，点图形数据必须由打印机驱动器101生成，其使用阈值矩阵的实施例，执行灰度再现方法的实施例，并把点图形数据从主机单元100(图像处理装置的实施例)传输到图像形成装置(喷墨打印机)。

如图32所示，主机单元100的打印机驱动器101包括：颜色管理模块(CMM)处理部分102；黑色生成/下颜色降低(BG/UCR)和γ-修正部分103；变焦处理部分104；以及阈值矩阵(表)105。例如，图像数据由主机单元100的应用软件生成。图像数据由CMM处理部分102、BG/UCR和γ-修正部分103以及变焦处理部分104处理，而阈值矩阵(表)105用于把多级图像数据转换到点图形。

参考图33A到44C，首先描述由预定线主色调(具有对准属性(alignedproperty)的点布局图形)再现灰度的阈值矩阵产生方法。

当进行图像处理时，如果可实现足够高的分辨率以使形成图像的分辨率超过人眼的分辨力，理论上说图片的质量不受所进行的处理种类的影响。但是在分辨率的量级可被人眼辨识时，由处理本身生成的不便可能对人眼变得很显著。

图33A、33B和33C图示说明了对输入图像进行拜尔型抖动处理和错误扩散处理后的点图形。图33A到33C图解了由通常使用的对近似300dpi的低分辨率记录的半色调处理实际形成的点图形。图33B图示了对如图33A所示的输入图像进行拜尔型抖动处理后的输出图像。图33C图示了继续进行错误扩散处理后的输出图像。

因此，为了再现由不具备大量可再现灰度的图像形成装置中由一个像素以多级显示的数据，必须由单位面积的点数，即由点面率进行伪灰度显示。

作为伪灰度显示方法例子描述的两种半色处理方法，不仅简单地使灰度级和面积率匹配，还使点近似均匀排列，以使点布局不发生偏离，并调整点布局以使其具有对人眼不显著的高频性质。当该处理施加到600dpi或1200dpi的高分辨率记录时，点布局图形实际对人眼不显著，可获得极令人满意的均衡点分布的图片质量。

另一方面，当进行150dpi或300dpi的低分辨率记录时，点布局图形即使在进行使点布局图形具有高频性质的调整处理后也变得对人眼显著。因为，原始图像数据中的一个像素是通过伪灰度显示由多个像素显示的，原始图像中没有的纹理图形出现在输出图像中。

图33B图解了该纹理图形。另外，当如图34A所示的输入图像数据以相当低的72dpi的分辨率输出时，如图34B所示，纹理图形变得更加显著。图34A和34B图示说明了在对输入图像进行拜尔型抖动处理后的图像数据。图34B中混合了对拜尔型抖动处理特有的纹理改变的部分和精细排列点且未出现纹理的部分，因此得到相当差的图片质量。

另一方面，在错误扩散方法的情况下，点由第一次扫描中随机出现的布局形成。如图33C所示，对所有灰度级都保持该随机点布局，纹理在这些灰度级中不会变化，并且不存在固定的纹理。因为不存在固定的纹理，在图像形成装置中对机械偏差的干扰较不可能发生，因为点布局具有一定的自由度，相比于拜尔型抖动处理，可得到高分辨率性质。

然而，如图35所示，根据错误扩散处理，相比拜尔型抖动处理，粒度变差了。图35图解了以10％的色调间隔对以300dpi记录的拜尔型抖动图形和错误扩散图形测量的粒度。因此，在错误扩散处理中使用的希望得到各种有利效果的点布局的随机性质，实际导致低分辨率下的问题。换句话说，在低分辨率，一个显著的噪声成分在错误扩散处理的情况下被轻易辨识出，在拜尔型抖动处理的情况下生成的对准的纹理在作感官评定时变得更好。

因此，从上述可理解到，由点布局形成的纹理图形种类极大影响了图片质量。为了在低分辨率下使用两种半色调处理方法得到令人满意的图片质量，发明人发现，必须形成具有好的排列的点布局图形，并且对每个灰度级不要改变点布局图形或使点布局图形的改变不可见。

在阈值矩阵的实施例中，当在全部半色调级恒定保持预定线主色调(具有对准属性的点布局图形)时，通过只使用点布局图形进行点再现。因此，在图像形成装置以低分辨率记录期间，当由少量值进行多级显示时，可以以近似一位到三位量级改善图片质量。尤其在施加到使用点尺寸(直径)调制的喷墨打印机时可得到令人满意的记录(打印)数据。

当考虑具有对准属性(预定线主色调)的点布局图形时，通常必须考虑到与图像形成装置的机械偏差的关联。换句话说，如上述喷墨打印机情况下，如图36所示，包括记录头14和托架13的记录单元在依据纸张3的传送沿主扫描方向移动时进行记录。图36图示说明了喷墨打印机中机械偏差的影响。在这种情况中，如果在辅扫描方向的纸张传送和在主扫描方向的头移动速度的精确度存在不一致，对预定线主色调会产生干扰，并产生显著的竖直和水平条纹。

图37A和37B图示说明了拜尔型抖动图形和喷墨打印机的机械偏差之间的干扰。图37B图示了当输出一个如图37A所示的拜尔型抖动图形的灰度图形时生成的干扰。如图37B所示，当主色调沿竖直和水平方向排列时，主和辅扫描方向的偏差A和B很容易发生同步。因为人眼对0度和90度(180度和270度)方向敏感，理想地，避免沿竖直和水平方向轻易排列的主色调。然而，如上面对错误扩散方法的描述，最不可能生成干扰的随机点布局在低分辨率下是不合意的，因为会加强噪声成分并使其显著。

因此，如图38A和38B所示，需要具有倾斜主色调的点布局图形。图38A和38B图示说明了在根据本发明的阈值矩阵的实施例中具有倾斜主色调的点布局图形。如图38A和38B所示，通过使用例如45度倾斜和135度倾斜主色调的线群主色调，可对在主扫描方向和辅扫描方向的偏差获得相同的效果。此外，因为人眼对倾斜方向略不敏感，倾斜主色调比竖直和水平主色调不明显。但是因为这里的主要目的是排列主色调，而不是使干扰(其通常产生问题)不显著，由此可得到有利的性质。

如图38A和38B所示的线群主色调称为“线群型抖动”，其使用在电子摄影记录中。在电子摄影记录中，以激光束在充电光电导体上形成潜像，潜像由调色剂变为调色剂图像而可视。调色剂图像传输到例如纸张的记录介质上。因此，通过调制激光功率，可把点的尺寸控制在几个等级，但是电子摄影记录不适于使用小点进行灰度显示，因为调色剂粘附和传输性质会因小点而恶化。因此，在电子摄影记录中，一般使用通过尽可能地集中点而逐步形成大点的面积调制(AM)抖动方法。

线群型抖动方法是一种AM抖动方法。虽然线群型抖动方法具有方向性，但是其优点在于：点可以螺旋方式生长，并且集中型抖动方法相比，记录密度(线数或线密度)可更大。

然而，当在电子摄影记录中使用的线群型抖动方法例如喷墨记录或对除电子摄影记录之外的其它记录技术时，将不能适当地排列主色调。换句话说，如图39A所示，在电子摄影记录的情况中，不仅可调整点尺寸也可调整点形成位置。所以，如图39B所示，无论如何排列点，即，无论灰度级如何变化，都可在不破坏倾斜线形状的情况下显示灰度级。图39A和39B图示说明了在电子摄影记录中使用的线群主色调以及灰度级的主色调的变化。

另一方面，如图40所示，当在电子摄影记录中使用的线群型抖动方法照原样应用于喷墨打印记录时，点形成位置固定在由记录分辨率决定的某个间距。因此，如图40B所示，主色调即使在点数目微小增加时也会发生变化，并可达到初始要求，即实现不改变主色调或不使主色调的变化显著的处理方法。图40A和40B图示说明了施加到喷墨记录的线群主色调的点布局图形以及灰度级的主色调的变化。

尤其在一般抖动处理的情况中，为简化处理机构并以低成本实现高速处理，将相同的掩模拼贴成方形使用。因此，即使点的数目增加一点，该增加视为以拼贴周期竖直和水平对准的图形。

例如，当使用如图41A所示的4×4抖动掩模进行如图41B所示的拼贴时，点变为总体竖直和水平对准。结果，生成如图41C所示的格状主色调。图41A、41B和41C图示说明了通过拼贴抖动掩模形成的主色调。

因此，为保持群线主色调并避免通过该拼贴对主色调的改变，该实施例对每单个灰度级同时生成三个或多个点。

换句话说，在由倾斜线群主色调进行再现的情况下，当如图42A所示的在每单个灰度级具有一个点的掩模如图42B所示地拼贴时，得到如图42C所示的竖直和水平排列的格状主色调。图42A、42B和42C图示说明了掩模对每灰度级具有一个点的情况下的拼贴和主色调。

另外，在由倾斜线群主色调进行再现的情况中，当如图43A所示的每单个灰度级具有两个点的掩模(具有倾斜排列的点布局)如图43B所示地拼贴，得到如图43C所示的倾斜对准的倾斜主色。在图43C中，倾斜主色调交叉地45度对准和135度对准。图43A、43B和43C图示说明了掩模对每灰度级具有两个点的情况下的拼贴和主色调。

另一方面，在由倾斜线群主色调进行再现的情况中，当如图44A所示的每单个灰度级具有三个点的掩模如图44B所示地拼贴时，得到如图44C所示只沿一个倾斜方向对准的倾斜主色调。图44A、44B和44C图示说明了掩模对每个灰度级具有三个点的情况下的拼贴和主色调。当掩模在每单个灰度级具有多于三个点时，可得到类似的倾斜主色调。

在这种情况下，对每单个灰度级同时形成三个或多个点，需要3×3＝9倍或更大的倍数的掩模尺寸，以得到相同的再现灰度级的能力。相比错误扩散处理所需的缓冲寄存器等的尺寸，该9倍或更大的值是微小的。除非使用极大的掩模作参考，该掩模尺寸不会减少处理速度或增加成本。当然，为实现高速处理，理想地，掩模的竖直和水平尺寸可由计算机容易地处理。换句话说，理想地，使掩模的尺寸乘8，以使在存入寄存器后不会生成不均匀(odd)。

下面，参考图45A到45F描述掩模尺寸的放大。图45A到45F图示说明了基矩阵到子矩阵的分割。

当使用如图45A所示的具有倾斜线群主色调的参考掩模作为参考以在同时生成四点的情况下形成如图45B所示的掩模，如图45C所示的参考掩模的每个单元进一步分割为如图45D和45E所示的更小的子矩阵，以得到必要数目的灰度级。在这种情况下，通过使子矩阵成为类似于参考掩模的图形以具有倾斜线群主色调，可防止生成破坏主色调的图形。

例如，图45D所示的3×3子矩阵能显示36个灰度级。另外，图45E所示的4×4子矩阵能显示64个灰度级。可以使用图45F所示的2×2子矩阵，但是在使用2×2的子矩阵显示灰度级的处理中生成了棋盘图形主色调。因此，该实施例设设置子矩阵最小单元为3×3倾斜线群掩模。

通过使用上述子矩阵，可抑制生成破坏倾斜线群主色调的另一个主色调。

即使在使用如上述线群主色调的情况下对预定方向上的线主色调形成的阈值矩阵(抖动矩阵)时，由于分辨率的降低，即灰度级的不连续性，在一些色调发生图片质量退化。换句话说，如图46A和46B所示的对预定方向上的线主色调形成的矩阵图形的部分，存在很难保持这种线主色调的色调。图46A和46B图示说明了在预定方向具有线主色调的矩阵图形。

图47A和47B图示说明了在某个色调具有降低的分辨率的灰度图像和矩阵图形。对于图47A所示的灰度图像，如果对于部分501的色调，图47B所示的矩阵图形的分辨率降低，从而损失灰度级的连续性，图片质量退化。

因此，该实施例通过在对预定方向上的线主色调形成的阈值矩阵(抖动矩阵)中选择分辨率降低的色调范围部分，防止由于在某个色调分辨率的降低引起的图片质量的退化。另外，重新调整色调之间矩阵的点布局，以具有高通滤波器性质以及预定方向上的线主色调。

将通过空间频率分析得到的人类视觉的空间频率性质施加到高通滤波器性质，以得出低空间频率性质。图48图示说明了人类视觉性质。在图48中，纵坐标以任意单位表示灵敏度，横坐标以任意单位表示空间频率。人类视觉的空间频率性质可由下列公式(4)从视网膜上的空间频率近似得到。

VTF(f)＝5.05(e^-0.138f)(1-e^-0.1f)                 (4)

图49A和49B图示说明了具有高通滤波器性质的矩阵图形的除线主色调之外的部分。图49A图解具有高通滤波器性质的矩阵图形的除线主色调之外的部分，而图49B图解了除线主色调之外的这部分的高通滤波器性质。

图50A、50B、50C和50D图示说明了由具有预定线主色调和在除线主色调之外的部分有高通滤波器性质的矩阵形成的灰度图像。图50A图解了具有线主色调的部分；图50B图解了具有高通滤波器性质的除线主色调的部分。图50C图解了由基于图50A和50B所示部分的这一实施例形成的抖动矩阵。另外，图50D图示对应于图50C所示的抖动矩阵的灰度图像。

换句话说，通过使用图50C所示的对图47A所示的色调部分501合并图50A和50B所示的部分的抖动矩阵，可得到如图50D所示的色调连续的灰度图像。

因此，对于损失灰度级连续性的色调，如果简单地形成预定方向上的线主色调，则使用具有在除线主色调之外的部分中的高通滤波器性质和预定方向的线主色调的矩阵。结果，可抑制分辨率的退化(灰度级连续性的损失)，改善线主色调的连续性，以改善再现图片的质量。

在这种情况下，如果用于某些色调的抖动矩阵为二级图像，由两幅这种二级图像的差值图像可得到高通滤波器性质。

换句话说，根据抖动方法，设置在低色调端的阈值点经常处于高色调端。因此，在对上述一些色调的两种抖动矩阵中，如果把低色调端的抖动矩阵称为掩模A而把高色调端的抖动矩阵称为掩模B，由于抖动方法的性质，掩模A中存在的线主色调经常存在于掩模B中。因此，如果通过从掩模B的二进制图像中减去掩模A的二进制图像得到差值图像，则该差值图像将没有线主色调。

图51A、51B、51C、51D和51E图示说明了某些色调的矩阵之间的差值图像。换句话说，如图51A所示的灰度图像的部分601使用如图51B所示的掩模A，而如图51A所示的灰度图像的部分602使用如图51C所示的掩模B。如果得到掩模A和B之间的差(B-A)，则得到如图51D所示的差值图像(差值图形)。如图51E所示，该差值图像具有高通滤波器性质。

另外，当该阈值矩阵的实施例施加到多灰度级图像的一些色调时，在极坐标中由于二维空间频率而导致的除预定方向上的线主色调之外的功率谱角分布变得均匀近似。

换句话说，图像空间频率的功率谱可由下列公式(5)定义，其中P表示图像的空间频率功率谱，F表示图像的空间频率振幅谱，而u和v分别表示对应图像x和y轴的空间频率。

P(u，v)＝|F(u，v)|²                                 (5)

功率谱P(u，v)的值表示空间频率(u，v)的强度。通过在极坐标P(r，θ)中描述空间频率(u，v)并使用下面的公式(6)，可从空间频率(u，v)求出方向性，其中在公式(6)中，r表示功率谱的极坐标半径，θ表示功率谱的极坐标角，q表示功率谱在θ方向的分量，而w表示图像的采样频率。

$q\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{r=0}{\overset{w/2}{\mathrm{\Σ}}}P(r,\mathrm{\θ})-----\left(6\right)$

如上所述，该实施例的阈值矩阵对预定方向上的线主色调形成，并且在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。因为具有线主色调的部分只在预定方向上包括线主色调，所以极坐标中的功率谱只对预定方向的角具有高值。另外，因为除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质，功率谱值在极坐标中变得均匀近似。

图52A和52B图示说明了矩阵的极坐标下的功率谱分布。图52A图示了该阈值矩阵的实施例在极坐标下的功率谱。另外，图52B图示了极坐标下除45度线角外的功率谱分布。如图52A所示，阈值矩阵在极坐标下的功率谱中只在45度部分具有高值。另一方面，功率谱在极坐标下的值除45度之外的部分均匀近似。

因此，对45度方向上的线主色调形成阈值矩阵，并且由于功率谱中除45度方向之外的高通滤波器性质，值均匀近似。

如上所述，拜尔型抖动矩阵和集中型抖动矩阵是传统系统抖动方法中典型的掩模技术。对于如图52A和52B所示的相同色调，图53图示说明了拜尔型抖动矩阵在极坐标下的功率谱分布，图54图示说明了集中型抖动矩阵在极坐标中的功率谱分布。如图53和54所示，功率谱值在多个角度具有高值，与功率谱值只在45度角具有高值的图52A不同。

因此，在预定方向的线主色调的连续性由可抑制分辨率的退化的阈值矩阵改善，并通过使用连续灰度显示，可再现具有理想质量的多灰度级图像。另外，与错误扩散方法相比，该处理通过使用掩模技术得到简化，并可改善处理速度，从而允许高速打印、高速图像处理或高速图像形成。在这种情况下，通过对倾斜方向使用设定线主色调预定方向的线群主色调，倾斜方向上的线主色调在图像形成装置中减少了水平条纹噪声，从而允许输出具有极高质量的多灰度级图像。

上述阈值矩阵和灰度再现方法可应用于多色图像处理方法中，其把多色图像分解为多个颜色组分，并且使用至少一个颜色组分的原始图像作为输入图像。在这种情况下，可输出具有高图片质量的多色图像。

在多色图像形成装置中，例如普通的彩色打印机，使用三种基础色青色、洋红色和黄色来打印。另外，在彩色喷墨打印机中，为了通过考虑亮度等因素改善可视颜色，在三种颜色之外还使用黑色。所以，盛行的彩色打印机使用四种基础色来打印全彩图像。而且，为改善打印的图片质量，还通过准备作为两种或更多基础色的组合的一种或更多颜色，提出了使用更多颜色的彩色打印机。

根据在这些多色图像形成装置中使用的把原始多色图像分解成多个颜色组分并使用颜色组分的原始图像作为输入图像的多色图像形成方法，以颜色组分单位进行伪灰度显示处理。因此，当应用本发明时，线主色调的连续性以颜色组分单位得到改善，并且，从而可形成具有高质图片的单色或多色图像。

尤其在使用阈值矩阵以把每点转换到二级或多级图像数据的图像形成装置的情况中，通过在以300dpi或更低的分辨率形成的图像中应用本发明，可增加图像形成速度和打印速度以及改善图片质量。

换句话说，在使用伪灰度显示处理的普通图像形成装置中，通过增加每单位面积的点密度，即通过增加分辨率，改善图片质量。然而，分辨率的改善同时增加了每单位面积需要处理的图像数据数量，从而增加了处理时间。在具有300dpi的分辨率的图像形成装置的情况下，一般考虑伪灰度显示处理的上限以近似显示每英寸150条线，这是一般认为难于实现高图片质量的原因。

但是在使用具有预定方向的线主色调的抖动矩阵进行伪灰度显示处理的情况中，一些色调对人类视觉发生分辨率退化，在300dpi，分辨率进一步减少，从而损失灰度级的连续性，并使图片质量退化显著。所以，当在具有该输出格式(即以低分辨率输出)的图像形成装置上形成图像时，通过应用本发明，可抑制分辨率退化，并改善预定方向上的线主色调的连续性，从而通过连续灰度显示形成具有理想图片质量的多灰度级图像。

在上述的实施例中，阈值矩阵以表格的形式存储在主机单元100的打印机驱动器101中。然而，可使用如图55所示的结构。

图55为图解根据本发明的图像形成装置的另一个实施例的系统方框图。在如图55所示的主机单元100中，打印机驱动器101包括仅一台CMM处理部分102以及BG/UCR和γ修正部分103，其通过由主机计算机100执行的应用软件等处理图像数据。在喷墨打印机700的控制器中包括变焦处理部分104和阈值矩阵(表)105。阈值矩阵(表)105由存储本发明的阈值矩阵的ROM等形成。所以，该情况下，点布局的转换在喷墨打印机700中进行。但是无论点布局的转换是在主机单元100中还是在喷墨打印机700中进行，都可对输入图像数据作1∶1的比较处理，以允许高速低成本的图像处理。

在上述实施例中，本发明特别应用到主机单元和喷墨打印机(图像形成装置)。然而，本发明可类似应用到以点形成图像(即通过点显示形成图像)的任何类型的图像形成装置。所以，例如，本发明可应用到热传递型图像形成装置(打印机)。本发明也可应用到电子摄影型图像形成装置，例如激光打印机和LED打印机。

图56一般性地图解热传递型图像形成装置。如图56所示，纸张304和涂墨页(ink sheet)305在压力辊303和装有加热元件301的加热头300之间传送。通过驱动加热头300的加热元件，把在涂墨页105的基层306预定区域的蜡层307传输到纸张304上，以在纸张304上形成图像。

图57一般性地图解电子摄影型图像形成装置。图58一般性地图解电子摄影型图像形成装置的处理芯(cartridge)。

图57所示的图像形成装置440是一种使用四种基础色青色(M)、洋红色(C)、黄色(Y)和黑色(Bk)形成全彩图像的激光打印机。图像形成装置440通常包括：四个光学写(记录)单元442M、442C、442Y和442Bk，用于根据对应于色彩M、C、Y和Bk的图像信号发射激光束；四个处理芯441M、441C、441Y和441Bk，用于形成M、C、Y和Bk色的图像；以及纸张供给盒443，其供应在上面传输图像的纸张。纸张供给辊444从纸张供给盒供给记录纸，阻挡辊445以预定定时传送记录纸。传输带446把记录纸传送到每个处理芯441M、441C、441Y和441Bk的传输部分。定影单元449把传输的图像定影(fix)到记录纸上。纸张弹出辊450把经过定影的记录纸弹出到纸张弹出盘451上。

四个处理芯441M、441C、441Y和441Bk具有如图58所示的相同的结构。如图58所示，处理芯在外壳中整体包括有：鼓形光电导体452，其装备为图像承载构件；充电辊453；显影单元454；以及清洗叶片459。

显影单元454中装有：调色剂供给辊、充电辊、静电传送板457以及调色剂返回辊458，并且显影单元454中装有相应颜色的调色剂。另外，在处理芯441的背部表面装有狭缝460，来自相应的光学写单元的激光束通过其进入。

每个光学写单元442M、442C、442Y和442Bk包括：半导体激光其、准直透镜、例如多棱镜的光学反射器、以及扫描和成像光学系统，并且发射依据从诸如对图像形成装置外部提供的个人电脑的主机单元(图像处理装置)输入的相应颜色的图像数据进行调制的激光束。从光学写单元442M、442C、442Y和442Bk输出的激光束扫描相应处理芯441M、441C、441Y和441Bk的光电导体452，以在光电导体452上写下静电潜像。

当开始形成图像时，每个处理芯441M、441C、441Y和441Bk的光电导体452由充电盒453均匀充电，来自每个光学写单元442M、442C、442Y和442Bk的激光束扫描相应一个处理芯441M、441C、441Y和441Bk的光电导体452，以在光电导体452上写下静电潜像。在光电导体452上形成的潜像由通过显影单元454的静电传送盘457静电传送的相应颜色的调色剂显影并可视化为调色剂图像。脉冲形的显影偏压施加到光电导体452的对面部分和静电传送盘457之间，用于把静电潜像显色成像为调色剂图像。没有用于显影的调色剂由静电传送盘457传送并由调色剂返回辊458返回。

纸张供给盒443中的记录纸与在处理芯441M、441C、441Y和441Bk的每种颜色图像形成同步地由纸张供给辊444供给，并由阻挡辊445以预定定时传送到传输带446。传输带446运送记录纸并连续将其传送经过每个处理芯441M、441C、441Y和441Bk的光电导体452。所以，每种颜色Bk、Y、C和M的调色剂图像以重叠的方式连续传输到记录纸上。把其上以重叠方式传输了四种颜色的调色剂图像的记录纸传送到包括定影带447和压力辊448的定影单元449，把全彩调色剂图像定影在记录纸上。然后由纸张弹出辊450将记录纸弹出到纸张弹出盘451上。

图59是图示说明在该电子摄影型图像形成装置中点尺寸变化的时序图。图59(a)、59(b)和59(c)图示了从每个光学写单元442M、442C、442Y和442Bk发射的激光束的各种打开和关闭时间。通过改变如图所示的激光束的打开和关闭时序，可改变光电导体452上形成的点尺寸。

当然，上述喷墨打印机的记录头的结构不会受到上述实施例的限制，可以使用各种其它的结构，例如使用加热电阻的热力型喷墨头和使用振动板和电极的静电型喷墨头。另外，虽然在上述实施例中本发明应用到图像形成装置，当把图像数据输出给图像显示装置时，也可类似地应用本发明进行图像处理和灰度显示。

另外，本发明不受这些实施例的限制，而是可以在不脱离本发明的范围内的情况下进行各种变化和修饰。

Claims (24)

1.一种阈值矩阵产生方法，其产生多个为了以多种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据量化为三值或更多值数据的阈值矩阵，包括：

第一级，确定为了以一种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序；以及

第二级，根据第一级中确定的阈值布局次序，产生用于把多级图像数据量化为三值或更多值数据的多个阈值矩阵中的每一个。

2.如权利要求1所述的阈值矩阵产生方法，其中所述第一级包括：

从所有灰度部分中选择随机灰度级；

根据优化条件确定选定灰度级的点布局；

根据基于始端和末端灰度级的优化点布局的优化条件，确定选定的始端灰度级和末端灰度级之间的每个灰度级的点布局；以及

基于每个灰度级确定的点布局，确定为二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序。

3.如权利要求2所述的阈值矩阵产生方法，其中所述第一级包括：

进行调整处理，以把始端灰度级的优化点布局包括在末端灰度级的初始点布局图形中；以及

在保持始端灰度级的点布局的同时，基于调整处理后的初始点布局图形，根据优化条件确定末端灰度级的点布局。

4.一种计算机可读存储介质，其存储用于使计算机产生多个为了以多种点的开和闭态显示半色调，而把多级图像数据量化为三值或更多值数据的阈值矩阵的程序，其中该程序包括：

第一部分程序，其使计算机确定为了以一种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序；以及

第二部分程序，其根据第一部分程序中确定的阈值布局次序，产生用于把多级图像数据量化为三值或更多值数据的多个阈值矩阵中的每一个。

5.如权利要求4所述的计算机可读存储介质，其中所述第一部分程序包括：

使计算机从所有灰度部分中选择随机灰度级；

使计算机根据优化条件确定选定灰度级的点布局；

使计算机根据基于始端和末端灰度级的优化点布局的优化条件，确定选定的始端灰度级和末端灰度级之间的每个灰度级的点布局；以及

使计算机基于每个灰度级确定的点布局，确定为二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序。

6.如权利要求5所述的计算机可读存储介质，其中所述第一部分程序包括：

使计算机进行调整处理，把始端灰度级的优化点布局包括在末端灰度级的初始点布局图形中；

使计算机在保持始端灰度级的点布局的同时，基于调整处理后的初始点布局图形，根据优化条件确定末端灰度级的点布局。

7.一种图像输出系统，包括：

第一部分，其确定为了以一种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据二进制化的多个阈值矩阵的阈值布局次序；

第二部分，其根据第一部分确定的阈值布局次序，产生用于把多级图像数据量化为三值或更多值数据的多个阈值矩阵中的每一个；以及

第三部分，使用第二部分产生的阈值矩阵，为了以多种点的开和闭态显示半色调而把多级图像数据量化为三值或更多值数据。

8.如权利要求7所述的图像输出系统，其中所述第一部分包括：

用于从所有灰度部分中选择随机灰度级的装置；

用于根据优化条件确定选定灰度级的点布局的装置；

用于根据基于始端和末端灰度级的优化点布局的优化条件，确定选定的始端灰度级和末端灰度级之间的每个灰度级的点布局的装置；以及

用于基于每个灰度级确定的点布局，确定为二进制化的阈值矩阵的阈值布局次序的装置。

9.如权利要求8所述的图像输出系统，其中所述第一部分包括：

用于进行调整处理，以把始端灰度级的优化点布局包括在末端灰度级的初始点布局图形中的装置；以及

用于在保持始端灰度级的点布局的同时，基于调整处理后的初始点布局图形，根据优化条件确定末端灰度级的点布局的装置。

10.一种灰度再现方法，包括：

使用抖动矩阵将多灰度图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据，

所述抖动矩阵至少在多灰度图像的一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。

11.如权利要求10所述的灰度再现方法，其中，

对应于抖动矩阵的一定色调的两个二级图像的差值图像具有高通滤波器性质。

12.如权利要求10所述的灰度再现方法，其中，

对抖动矩阵的一定色调，因二维空间频率而导致的除极坐标中预定方向上的线主色调之外的功率谱角分布均匀近似。

13.如权利要求10所述的灰度再现方法，其中，

主色调为线群主色调。

14.一种阈值矩阵，用于将多灰度图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据，包括

多灰度图像的至少一些色调的预定方向上的线主色调；以及

在除线主色调之外的部分的高通滤波器性质。

15.如权利要求14所述的阈值矩阵，其中，

对应于抖动矩阵的一定色调的两个二级图像的差值图像具有高通滤波器性质。

16.如权利要求14所述的阈值矩阵，其中，

对抖动矩阵的一定色调，因二维空间频率而导致的除极坐标中预定方向上的线主色调之外的功率谱角分布均匀近似。

17.如权利要求14所述的阈值矩阵，其中，

主色调可为线群主色调。

18.一种图像处理方法，包括：

把多色图像分解成多个颜色组分；以及

使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据，

所述抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。

19.一种图像处理装置，包括：

用于把多色图像分解成多个颜色组分的装置；以及

用于使用抖动矩阵，把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据的装置，

所述抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。

20.一种图像处理装置，包括：

用于把多色图像分解成多个颜色组分的装置；以及

用于使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据的装置，

所述抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。

21.一种图像形成装置，包括：

分解部分，把多色图像分解成多个颜色组分；

转换部分，使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据；以及

成像部分，依据转换部分的输出由多点形成图像，

所述抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。

22.一种图像形成装置，包括：

分解装置，用于把多色图像分解为多个颜色组分；

转换装置，用于使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据；以及

成像装置，用于依据转换部分的输出由多点形成图像，

所述抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。

23.如权利要求22所述的图像形成装置，其中

所述成像装置通过从包括喷墨记录、热传递记录、以及电子摄影记录的组中选择的记录技术在记录介质上形成图像。

24.一种打印机驱动器，其在计算机上执行，用于把输出图像数据提供给由多个点形成图像的图像形成装置，包括：

分解装置，用于把多色图像分解成多个颜色组分；以及

转换装置，用于使用抖动矩阵把至少一个颜色组分的原始图像转换为以二级或多级显示来显示每个点的二级或多级图像数据，以生成输出图像数据，

所述抖动矩阵在多灰度图像的至少一些色调中具有预定方向的线主色调，并在除线主色调之外的部分具有高通滤波器性质。

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