JP2000115538A

JP2000115538A - 複写される画像を改良するリアルタイム調子再現曲線を作成する方法

Info

Publication number: JP2000115538A
Application number: JP11268485A
Authority: JP
Inventors: Barbara L Farrell; エル．ファーレルバーバラ
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-09-23
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2000-04-21
Also published as: US6236751B1

Abstract

(57)【要約】【課題】画像ヒストグラムに基づいて区分的線形変換
を画定する調子再現曲線を自動的に作成する方法の提
供。【解決手段】画像の一部分を走査し（１０）、画像を
形成する入力グレー値を決定し、入力グレー値の度数分
布のヒストグラムを作成し（１５）、このヒストグラム
に基づき、入力グレー値を出力グレー値に変換する調子
再現曲線マップを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル画像形成
技術に関する。これは、画像ヒストグラムに基づいて区
分的線形変換を画定する調子再現曲線を自動的に作成す
るシステム及び方法に対する特定のアプリケーションを
提供し、それに関する特定の参照と共に説明されるであ
ろう。

【０００２】

【従来の技術】従来の複写機では、原稿が走査され、そ
のため、原稿から反射される光は、受光体上に電荷の潜
像を形成させる。次に、この潜像は、トナーによって現
像され、走査された原稿のコピーを作成するために、そ
のトナーが記録媒体に転写される。これらのシステム
は、光−レンズ又はノンデジタル複写システムと呼ばれ
るのが一般的である。

【０００３】光−レンズ複写機の品質は、コピーが原稿
文書にどれだけよく一致するかの関数である。よく知ら
れているように、様々な要因がこの品質に影響を及ぼし
うる。例えば、走査ステーションの光学径路が適切に位
置合わせされていない場合、走査ステーションは品質に
影響を及ぼしうる。更に、受光体が適切にクリーニング
されていない場合、現像ステーションも品質に影響を及
ぼしうる。

【０００４】デジタル複写機の出現により、コピーを作
成するための上記コピープロセスは変化した。デジタル
プロセスにおいては、原稿又は画像は、原稿から反射さ
れる光を、原稿の所定の領域（画素）からの光強度を表
す電荷に変換するデジタルスキャナによって走査され
る。好適な処理の後、これらの電荷は、デジタル複写機
によって用いられる画像信号又は画像データの画素に変
換され、走査された画像を再現する。

【０００５】画像データの画素は、画像データの画素を
印刷装置によって用いられることができる信号に変換す
る画像処理システムによって処理され、走査された画像
を再現する。この印刷装置は、ゼログラフィックプリン
タ、インクジェットプリンタ、サーマルプリンタの何れ
か、又はデジタルデータを記録媒体上のマークに変換す
ることが可能なあらゆる他のタイプの印刷装置であって
もよい。

【０００６】光−レンズシステムと同様に、複写機の品
質は、なおもコピーが原稿文書にどれだけよく一致する
かの関数である。しかしながら、このデジタル環境で
は、他の要因が複写された画像の品質の一因となるか、
又は該品質に影響を及ぼしうる。例えば、スキャナが適
切に較正されていない場合、スキャナが品質に影響を及
ぼしうる。更に、出力（印刷）装置は、プリントヘッド
が詰まったか、又は受光体が適切にクリーニングされて
いない場合にも、品質に影響を及ぼしうる。しかしなが
ら、デジタル装置は光をデジタル信号に変換し、その
後、デジタル信号を記録媒体上のマークに変換しなけれ
ばならないので、最も多大な影響力を有するデジタルシ
ステムの様相は、画像データのデジタル（画像）処理で
ある。つまり、画像処理システムは、原稿から反射され
た光と記録媒体上のマークとの間の転写機能を備えてい
るのである。

【０００７】品質は、多種の方法で測定される。１つの
方法は、複写された画像の特性を観察することである。
複写された画像の品質を決定するこのような特性の一例
として、画像のコントラストが挙げられる。コントラス
トは、全般的に優れた画像品質の査定を付与するので、
画像形成された（コピーされた）原稿のコントラスト
は、品質を測定するために最も一般的に用いられる特性
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】デジタル複写機では、
画像処理システムが画像のコントラストに多大な影響を
及ぼしうる。そのため、出力印刷装置の高品質を確証す
るために、走査される画像のコントラストを画像処理段
階の前に知ることが望ましい。これは、画像処理システ
ムがこの認識によって画像データを処理し、それによ
り、複写された画像が適切なコントラストを有すること
ができるからである。このコントラスト情報をデジタル
画像処理の前に得る１つの方法は、デジタル複写機のた
めに画像コントラストの読取り易い尺度を与えるグレー
レベルヒストグラムを作成することである。画像又はグ
レーレベルヒストグラムは、画像のグレーレベルの統計
的分布を各グレーレベルにおける画素数によって記述す
る。つまり、一画像内の画素数は、一定のグレーレベル
を伴う。

【０００９】ヒストグラムは、８ビット／画素のサンプ
リング解像度が用いられる場合は、０〜２５５である水
平方向軸上に強度と、垂直方向軸上に画素数とを有する
図表を用いて表されることができる。この図による表示
を用いて、ヒストグラムは、画像が基本的に暗いか又は
明るいか、また高コントラストであるか又は低コントラ
ストであるかを示すことができる。画像がヒストグラム
で表される際、全ての空間的情報が失われることを知る
ことが重要である。ヒストグラムは、各グレーレベルの
画素数を特定するが、これらの画素が画像のどこに位置
されるかの表示を全く与えない。つまり、非常に異なっ
た画像が非常に類似したヒストグラムを有しうるのであ
る。

【００１０】従来、走査された画像のヒストグラムを作
成する際、デジタル複写システムは原稿を標本化し、原
稿から強度データを収集し、原稿の背景値を決定するた
めにこの情報を用いる。このような従来のシステムにお
いて、算出された原稿の背景値は、原稿の平均強度を表
す。

【００１１】低コントラスト画像のヒストグラムは、グ
レースケールにおける画素の強度の大きく、広域の分布
又は「モード」、及び完全に占有されていない他のグレ
ー領域として現れる。高コントラストは、２つの長く細
いピークが（両）外側強度領域に存在する２項ヒストグ
ラムとして現れる。

【００１２】画像の改良（露光不足又は露光過度、不十
分な採光などの画像の劣化の補正）は、画像のヒストグ
ラムを変更することにより、達成される。この「コント
ラストの改良」は、しばしば、ヒストグラムスライド及
びヒストグラムストレッチとして知られる２つの線形変
換の組合せから成る。画像のコントラスト及びダイナミ
ックレンジの特性に基づいたこれらの操作は、ヒストグ
ラムを再分布し、そのため、コントラスト及びダイナミ
ックレンジを改良することができる。コントラストの改
良の目的は、ダイナミックレンジ全体を用いて変換後ま
では目視可能でない画像内の強度の変化（ディテール）
を示すことである。

【００１３】ヒストグラムスライディング操作は、単
に、画像の全ての画素に対して一定の強度レベルを追加
又は削減することである。全ての画素に対してこれ（強
度レベルの追加又は削減）を行うことにより、入力画像
ヒストグラム全体を右又は左に有効にスライドさせるこ
とができる。ヒストグラムスライディングの基本的な効
果は、画像の明色化又は暗色化である。得られたヒスト
グラムは移動されただけであるため、出力画像のコント
ラストは、入力画像のものと同一であろう。

【００１４】スライディング操作のための線形変換又は
調子再現曲線（ＴＲＣ）マップは、常に４５°の線であ
ろう（画像のコントラストが維持されるのは、このため
である）。線は、スライド０の場合、原点を通過するで
あろう。また、線は、正のスライド（＞０）の場合、垂
直方向軸（出力強度）を通過するであろう。線は、負の
スライドの場合、水平方向軸（入力強度）を通過するで
あろう。正のスライドは、画像を効果的に明色化する
が、負のスライドは、画像を暗色化する。

【００１５】ヒストグラムストレッチングは、画像中の
全ての画素を一定の値によって増倍することである。例
えば、全ての画素がグレースケール範囲の下半分に存在
するヒストグラムは、定数２で増倍された際、グレース
ケール範囲全体を占有するように拡がるであろう。この
ストレッチング操作は、画像のコントラスト及びダイナ
ミックレンジを拡大又は縮小させる。ＴＲＣマップは、
常に原点を通過するまっすぐな線であろう。ストレッチ
が１の場合、線は、角度４５°であろう。コントラスト
の改良は、ヒストグラムスライディングと共に実行され
るのが一般的である。

【００１６】典型として、スキャナにおいて、画像のヒ
ストグラムは、予備走査（プレスキャン）から決定され
る。走査された画像領域の最小及び最大反射率（又は、
強度）は、それぞれＲ_min及びＲ_maxで表され、この走査
から決定される。移動によるグレースケール変換と、ダ
イナミックレンジ全体を占有するためのグレースケール
のストレッチング（拡張）は、単に、入力グレースケー
ルから変換された出力グレースケールへのマッピング機
能によるものである。これは、通常、ルックアップテー
ブルによって達成される。Ｒ_minにより入力グレースケ
ールを有効に移動し、次に、入力ダイナミックレンジ
（Ｒ_min〜Ｒ_max）を利用可能な出力ダイナミックレンジ
に拡張する、ダイナミックレンジ変更の「古典的」方法
は、下記の方程式（１）によって与えられる：

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、Ｐ_OLDは、元の画素値で、（Ｚ_max
−Ｚ_min）は、システムに可能である最大ダイナミック
レンジであり、Ｒ_maxは、Ｒ_max以上の反射率を含む画像
領域の合計が、全画像領域の規定の割合未満である画像
反射率の値であり、また、Ｒ _minは、Ｒ_min以下の反射率
を含む画像領域の合計が、全画像領域の規定の割合未満
である画像反射率の値である。例えば、その割合は、３
％ほどでありうる。このようなＲ_min とＲ_maxの画定に
より、残りのグレーレベルをより広い「範囲」に拡張す
ることが可能となる。しかしながら、画像内の絶対最小
反射率及び絶対最大反射率の値の代わりにＲ_max とＲ
_minを定義することにより、方程式（１）が、それらを
満たすことによって、Ｐ_OLD＜Ｒ_min、及びＰ_OLD＞Ｒ_max
のグレーレベル範囲を効果的に圧縮させる。これは、定
義から、非常に少数の画素がこれらの範囲にグレーレベ
ルを有し、そのため、画像情報がほとんど失われないは
ずであるため、通常、許容可能である。

【００１９】例示のための実施例として、Ｒ_min ＝６
３、Ｒ_max＝１２７であると仮定されたい。方程式
（１）の第１の項は、各画素を左にＲ_min 、すなわち、
この場合、６３移動させるであろう。利用可能な最大ダ
イナミックレンジは、Ｚ_max−Ｚ_min、すなわち２５５で
ある。用いられる実際のダイナミックレンジは、Ｒ_max
−Ｒ_m _in、すなわち１２７−６３＝６４である。従っ
て、画像中の全ての画素は、６３移動し、４（２５５／
６４＝４）で増倍され、利用可能なダイナミックレンジ
全体を満たす。

【００２０】Robert A. Schowengerdt による"Techniqu
es for Image Processing and Classification in Remo
te Sensing" , Academic Press, 1983において、画像ヒ
ストグラムが非対称的である場合、出力画像の平均グレ
ーレベルとヒストグラム端部における彩度（飽和度）を
単純な線形変換によって同時に制御することは不可能で
あることが主張された。この論説は、利用可能なグレー
レベル範囲をよりよく利用するために、２つ（又はそれ
以上）のセグメントの区分的線形変換を提案する。利用
者は、利用可能なダイナミックレンジを満たすためにデ
ータが含まれる個別の強度範囲を拡張するようにデザイ
ンされた一系列の線形段階を手動で決定する必要がある
であろう。そのため、利用者は、各領域内で一系列のＲ
_min 及びＲ_maxの値を指定し、方程式（１）を用いるで
あろう。このプロセスの自動化及びＴＲＣマップにおけ
るこれらのセグメントの境界の画定が、以下の論述の要
旨である。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様にし
たがって、リアルタイム調子再現曲線マップを作成する
方法が提供される。画像の一部分が走査され、画像を形
成する入力グレー値が決定される。入力グレー値の度数
分布のヒストグラムが作成される。入力グレー値のヒス
トグラムに基づき、入力グレー値を出力グレー値に変換
する調子再現曲線マップが作成される。

【００２２】本発明の更に限定された態様において、変
換は、区分的線形変換を含む。

【００２３】本発明のもう１つの態様にしたがって、入
力グレー値の度数分布の画像ヒストグラムから区分的線
形変換を自動的に作成する方法が、提供される。入力グ
レー値の度数分布が解析され、入力グレー値の度数分布
に基づいた複数の入力グレー値のセグメントが画定され
る。１つの線形変換が複数の入力グレー値セグメントの
各々に随伴され、入力グレー値を出力グレー値にマップ
する複数の線形変換が、決定される。その複数の線形変
換は、少なくとも２つの異なった線形変換を有する。

【００２４】本発明の更に限定された態様において、画
定は、画像ヒストグラムの入力グレー値の度数分布にお
ける識別可能な指数部に位置される入力グレー値に基づ
いて、区分点を決定するステップを含む。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１を参照して、複写される画像
又は原稿が走査される（１０）。画像画素のグレー値が
走査された画像から決定され、各グレー値の度数を表す
ヒストグラム分布が作成される（１５）。走査された画
像の特有の特徴を決定するために、ヒストグラムが解析
され（２０）、該画像の特徴は、画像のグレー値が出力
グレー値にマップされる方法に影響を及ぼす。ヒストグ
ラムの解析は、例えば、"A System and Method for Gen
erating and Utilizing Histogram Data From a Scanne
d Image"と題され、本譲受人に譲渡され、本明細書に参
照として採り入れられる、米国特許第５，７５１，８４
８号に述べられる。調子再現曲線は、入力グレー値を出
力グレー値にマップするヒストグラムデータから自動的
に作成される。

【００２６】図２は、走査された画像から作成された際
の例示的なヒストグラムを示す。画像の入力グレー値
は、Ｘ軸上に現れ、それらの発生度数は、ｙ軸上に現れ
る。グレー値の度数分布を解析する際、入力の境界が画
定され、マップされるグレー値が指定される（３０）。
つまり、入力境界の外側のグレー値（例えば、Ｘ軸端部
におけるグレー値）は、カットされ、複写から削除され
る。より優れた画像の改良を付与する入力データをより
広域な範囲で拡張することを可能にするため、入力境界
の範囲を縮小することは、有益である。

【００２７】入力境界の決定（３０）は、走査された画
像のタイプによって影響を受ける。画像タイプに基づい
て、入力の境界は種々の方式で提供される。ヒストグラ
ムの解析（２０）は、走査された画像がハーフトーンタ
イプであるか又は写真タイプであるかを決定する。ハー
フトーン画像は、白黒ハーフトーン画像とカラーハーフ
トーン画像を含む。ハーフトーン画像を表す特性は、典
型として図２に見られるような、背景のグレー値を表す
グレー値のハイライト領域における大きなピークの存在
である。画像を複写する際、できるだけ多くの背景グレ
ー値を削除又は抑制することが有用である。ヒストグラ
ムからの背景グレー値の決定は、上記に参照された米国
特許第５，７５１，８４８号に述べられる。図２におい
て、背景グレー値の開始は、グレー値１５６に決定され
る。この値は、ヒストグラムの最大反射率R_maxとして表
される最大入力境界としてセットされる。R_max以上の入
力グレー値は、マップ又は複写されない。

【００２８】図２を更に参照して、最小反射率R_minとし
て表される最小入力境界が、ヒストグラムデータから決
定される。R_minは、R_min以下の反射率値を含む画像領域
の合計が、全画像領域の所定の割合よりも小さいような
画像反射率値（グレー値）を有するグレー値にセットさ
れる。つまり、図２において、R_minはグレー値２５であ
ると表され、これは、グレー値０〜２５を有する画素の
合計が、走査された画像の全画素数の３％未満であるこ
とを意味する。当然ながら、この所定の割合は、画像の
改良を調節するために、システムによって又はユーザに
よってリアルタイムで変更されることができる。したが
って、R_min 及びR_maxは、出力グレー値にマップされ、
最終的に複写される入力グレー値の境界を画定する。

【００２９】図２において、R_maxは、ハーフトーン画像
ヒストグラムに存在する背景のグレー値に基づいて決定
される。しかしながら、ある一定の画像は背景のグレー
値を有さない。例えば、図５は、Ｘ軸の左端部のハイラ
イト領域に背景のピークを全く有さない主として濃い画
像を示す走査された写真のヒストグラムを表す。この場
合、R_maxは、図２のハーフトーン画像にR_minが与えられ
たのと同様の方法で決定される。R_maxは、R_max以上の反
射率を含む画像領域が全画像領域の所定の割合よりも小
さいようなグレー値にセットされる。所定の割合が３％
である場合、R_m _axよりも大きなグレー値を有する画素の
合計は、ヒストグラムにおける全画素数の３％未満であ
ろう。当然ながら、所定の割合は、種々の改良結果を得
るために変更されることができる。

【００３０】図２をもう１度参照して、入力の境界R_min
及びR_maxが画定された後、両境界の間の領域は、１つ
又はそれ以上の区分点を決定する（３５）ことにより、
セグメントに分割される。説明を容易にするため、Ｘ軸
上に示されるように、入力領域を第１のセグメントと第
２のセグメントに分割する区分点４０、１点のみが図２
に示される。区分点４０は、R_min値から始まり、識別可
能な特徴、例えば、ピーク、バレー、又はピーク又はバ
レーからのオフセット値など、が認められるまでヒスト
グラムデータを解析することにより、得られる。

【００３１】この場合において、２つのピーク間のバレ
ー（谷）は、グレー値８５に位置され、この点が、区分
点４０としてセットされる。区分点４０は、R_min（グレ
ー値２５）とグレー値８５との間の第１のセグメント、
及びグレー値８５とR_max（グレー値１５６）との間の第
２のセグメントを画定する。したがって、境界と区分点
は、区分的線形変換の基底となるヒストグラムデータか
ら自動的に決定され、入力グレー値を１セットの出力グ
レー値にマップする。

【００３２】上述のように必要な入力値が決定される
と、入力グレー値がマップされるであろう出力グレー値
のダイナミックレンジを画定する出力の境界が画定され
る（４５）。出力されるダイナミックレンジは、用いら
れるシステム又はスクリーンの出力ダイナミックレンジ
に限定されうる。図３を参照すると、システムのダイナ
ミックレンジは、０〜２５５であることが示される。つ
まり、システムのダイナミック出力レンジを用いて、入
力グレー値R_min（２５）〜R_max（１５６）は、出力グレ
ー値０〜２５５にマップされ、これは、８ビットシステ
ムの最大可能出力グレー範囲である。多くのシステムに
とって、利用可能な出力グレーレベルの範囲は、スキャ
ナ較正プロセス中に確定されるような、システムの「最
も白(whitest white)」に制限されることが示される。

【００３３】図３を更に参照して、最小入力値R_minは、
最小出力値0.0にマップされる。次に、区分点（グレー
値８５）が出力グレー値にマップされる（５５）。出力
グレー値は、入力範囲の第１のセグメント間のグレー値
の入力画素との割合に基づいて決定される。例えば、値
２５〜８５である第１のセグメントにおけるグレー値の
割合は、例えば、入力の境界間の全グレー値数の40.6％
である。次に、その割合がダイナミック出力レンジで増
倍され、出力グレー値が付与される。ダイナミック出力
レンジは、システムの範囲であるため、該値は、２５５
−０＝２５５である。したがって、.406×255＝104とな
り、そのため、区分点（入力グレー値８５）は、出力グ
レー値１０４にマップされる。

【００３４】図３を更に参照すると、ここで、残りの入
力グレー値が、それらの対応するセグメントの勾配に基
づいて出力グレー値にマップされる。つまり、点（２
５，０）と（８５，１０４）との間の第１のセグメント
の勾配は、第１のセグメント中の入力グレー値の出力グ
レー値０〜１０４への１対１の線形変換を画定する。同
様に、第２のセグメントは、点（８５，１０４）と（１
５６，２５５）との間の（第１のセグメントとは）異な
った勾配を画定し、この勾配は、第２のセグメントにお
ける入力グレー値の出力グレー値１０４〜２５５への１
対１の線形変換を画定する。調子再現曲線が作成され
（６０）、これは、２つの異なった線形変換に基づい
て、入力グレー値を出力グレー値にマップする。調子再
現曲線は、ルックアップテーブルとして作成されるのが
好ましい。次に、その調子再現曲線に基づいて画像が複
写される（６５）。

【００３５】しかしながら、画像がスクリーン（予備選
択）される場合、多くの入力値が、ハーフトーンスクリ
ーン外の出力値にマップされ、そのため、黒又は白に飽
和されうるため、このアプローチは入力グレーレベルを
無駄にする。スクリーン画像における画像のディテール
は、用いられる出力範囲が、システム範囲２５５に代わ
り、用いられるハーフトーンスクリーンの範囲に等しい
場合によりよく複写される。ハーフトーンスクリーンの
ダイナミックレンジに基づいた入力グレー値のマッピン
グが、図４に示される。ハーフトーンスクリーンの範囲
は、前以て決定され、また、この場合、スクリーン最小
値１４及びスクリーン最大値２２０を有する。入力値か
ら出力値への変換は、出力境界が０〜２５５でなく、１
４〜２２０であることを除き、システム範囲を用いた変
換と同一である。ここで、ハーフトーンスクリーンのダ
イナミックレンジは、２２０−１４＝２０６となる。

【００３６】区分点（入力グレー値８５）の出力グレー
値へのマッピングが、第１のセグメント内の入力画素の
割合をハーフトーンスクリーンのダイナミックレンジで
倍増することによって表され、.406×206＝８４とな
る。しかしながら、最小スクリーン値は、１４だけオフ
セットされるため、定量化される出力グレー値８４も、
同様に１４だけオフセットされ、最終値９８となる。し
たがって、入力グレー値８５は、出力グレー値９８にマ
ップされる。上述のように、エンドポイント（２５，１
４）と（８５，９８）との間の第１の区分点の勾配が決
定され、この勾配は、入力グレー値の出力グレー値への
線形変換を画定する。同様に、エンドポイント（８５，
９８）と（１５６，２２０）との間の第２のセグメント
の勾配が見出される。次に、２つのセグメントによって
画定された複数の線形変換に基づいて、調子再現曲線が
作成される。

【００３７】システムスクリーン範囲に用いることと、
代わりにハーフトーンスクリーン範囲を用いることとの
唯一の相違点は、変換値に正の移動（用いられるスクリ
ーンの下限値に等しい）が追加される点である。ハイラ
イトディテールの付与は、暗部ディテールをわずかに犠
牲にすることにより向上される。しかしながら、新聞用
紙にプリントされる画像のように、非常に粒状度の高い
画像にもたらされる現象は、背景に少量のスポットが出
現しうるというものである。第２の方法は、最大出力境
界（背景値）−Ｒ_minとして計算される入力ダイナミッ
クレンジ全体に対する１セグメントにおける入力ダイナ
ミックレンジの割合を計算することである。この割合
は、スクリーンのダイナミック出力レンジによって増倍
される。

【００３８】このアプローチの１つの欠点として、ダイ
ナミック出力レンジがスクリーンのものに限定された
際、画像ディテールの付与は大幅に向上するが、より少
数の入力画素が白又は黒に飽和されるため、画像のコン
トラストは事実上低下することが示される。

【００３９】図５を参照して、写真の画像ヒストグラム
の実例が示される。上述のように、白黒又はカラー写真
に、用語「画像背景」を用いることはできず、多くの場
合、明確なピーク又はバレーは、画像ヒストグラムに存
在しない。写真のヒストグラムにおいてしばしば見られ
るように、バレーが明確でない場合、区分点４０は、ブ
ラックピーク値（２σブラック値）の１／４の値から決
定される。したがって、利用可能な画像背景値が全くな
いため、第１のセグメントは、R_minと１／４ブラックピ
ークとの間に画定され、第２のセグメントは、１／４ブ
ラックピークとR_maxとの間に画定される。先に定められ
たように、R_minとR_maxは、R_min値及びR _max値の外側の画
素の合計が、ヒストグラム中の全画素数の所定の割合よ
りも小さいようなグレー値にセットされる。図５におい
て、R_minは、グレー値５であると判定され、R_maxは、グ
レー値１７１であると判定される。ブラックピーク値か
ら標準偏差２つ分（２σ）である１／４ブラックピーク
値は、例えば、上記で参照される米国特許第５，７５
１，８４８号に述べられる方法によって見出される。

【００４０】図６を参照して、図５の画像ヒストグラム
の調子再現曲線マップが示され、ここで、区分的線形調
子再現曲線によって画像が調節される。第１のセグメン
ト（グレー値５〜１０２）が大幅に大きな出力グレー値
範囲（グレー値１４〜１９７）にマップされるのが分か
る。濃いグレー値が拡大され、暗部領域により多くのデ
ィテールを提供するので、これは、この画像の暗部ディ
ーテールの付与を向上させる。

【００４１】図６の調子再現曲線マップにおいて、ダイ
ナミック出力レンジは、最小グレー値１４及び最大グレ
ー値２２０を有するスクリーン範囲として選択される。
したがって、ダイナミック出力レンジは、２２０−１４
＝２０６である。入力グレー値のダイナミック出力レン
ジへのマッピングは、上述のように行われる。各セグメ
ント内の入力画素の割合は、変換を考慮して決定され
る。例えば、入力グレー値５〜１０２間の第１のセグメ
ントにおける入力画素の割合は、全てのセグメントの入
力画素の全合計の８８％である。区分点（入力グレー値
１０２）のマッピングは、下記式によって表される。

【００４２】（２２０−１４）×0.888＝１８３

【００４３】用いられるスクリーンのダイナミックレン
ジ（２２０−１４）は、現セグメントにおける入力画素
の割合で増倍され、グレーレベル１８３である第１の出
力セグメント区間の境界を得る。したがって、グレーレ
ベル１４における最小出力境界から１８３の範囲である
グレー値１９７が、第１の出力セグメントのエンドポイ
ントを画定する。そのため、グレーレベル５〜１０２間
の入力グレースペースは、出力グレーレベル１４〜１９
７にマップされる。同様に、第２のセグメントの入力グ
レー値、グレー値１０２〜１７１（R_max）は、ダイナミ
ック出力レンジの残りのセグメントである第２の出力セ
グメント、出力グレー値１９７〜２２０（スクリーンの
最大値）にマップされる。

【００４４】図７を参照して、ラボにおいて、１人の人
間のカラー写真の区分的線形変換がテスト機器及びコン
ピュータ（1480×1677画素）によって作成される。絶対
ダイナミック入力レンジは、Ｒ_min＝１、Ｒ_max＝１９６
として計算される。図７の画像ヒストグラムのプロット
は、この写真において暗部領域が優勢であることを示
す。この写真がダイナミック出力レンジの調節なしでス
クリーニングによって複写される場合、複写された画像
は非常に濃いであろう。更に、暗部領域中にあるため、
画像ディテールのほとんどが失われる。しかしながら、
ハイライト領域は、よく複写されるであろう。

【００４５】前述のように、画像が「古典的な」方法に
よってダイナミックレンジを調節した後にスクリーンさ
れる場合（最大ダイナミックレンジ＝２５５）、複写に
より、たくさんの飽和されたハイライト領域が作成され
た。最大ダイナミックレンジ区間は、飽和領域を削除す
るために下方に調節されることができるが、ダイナミッ
クレンジの調節なしでスクリーンされた画像には、知覚
される鮮鋭度の非常にわずかな上昇のほかに、これらの
画像における改善はほとんど見受けられなかった。

【００４６】図８は、本アルゴリズムの区分的線形変換
によって調節された画像の調子再現曲線マップを示す。
第１のセグメント（入力グレー値１〜１２）に現れる暗
部ディテールのほとんどは、出力グレーレベルの大部分
を暗部領域にマッピングすることによりもたらされる。
更に、ハイライトディテールは、暗部領域から、第２の
セグメント（入力グレー値１２〜１９６）によって画定
されるハイライト領域に第２の線形変換によって保存さ
れる。全般の目的が、飽和せずに暗部及びハイライト領
域の両領域に画像ディテールを複写することである場
合、この区分的線形変換が最も優れた画像を作成する。
ハイライト領域に表されるいくつかの輪郭が存在する
と、ダイナミック出力レンジをスクリーンのもの（出力
グレー値１４〜２２０）に限定することによりべたの黒
又は白がほとんどないため、この画像は鮮鋭、すなわち
「硬調(contrasty)」としては現れない。

【００４７】図７及び８を更に参照して、ブラックピー
ク点を入力グレー値８に決定し、ブラックピークから約
２σ（ピークの１／４）の値を判定し、値１２を導き出
すことに基づいて、区分点は、入力グレー値１２に算定
される。したがって、第１の入力セグメントは、入力グ
レーレベル絶対Ｒ_min＝１〜グレーレベル１２に、第２
の入力セグメントは、グレーレベル１２〜絶対Ｒ_max＝
１９６に選択される。この画像中に背景画素が全く存在
しないため、Ｒ_max値は、上記で説明された３％削除ル
ールに基づいて決定される。グレーレベル１２における
区分点は、暗部領域のブラックピークから約標準偏差２
（２σ）であるように選択された。これは、米国特許第
５，７５１，８４８号に完全に述べられるように、ヒス
トグラムを解析し、ヒストグラムにおけるブラックピー
クの高さの約１／４のピーク高を有するグレー値を決定
することにより、算出される。

【００４８】第１の出力グレーレベルセグメントが計算
され、最小スクリーン値（１４）〜出力グレーレベル９
０に選択される。グレーレベル９０は、下記式から算出
される。

【００４９】（第１の入力セグメント内に含まれる全入
力画素の割合）＊（用いられるハーフトーンスクリーン
の範囲）

【００５０】適切な値の挿入により、0.367＊（220−１
４）＝７６となる。値７６は、グレー値９０（７６＋１
４＝９０）にエンドポイントをおく第１の出力セグメン
トの長さである。そのため、グレーレベル１と１２との
間の入力グレースペースは、出力グレーレベル１４〜９
０にマップされる。この画像を複写する際、グレーレベ
ル１２の第１のセグメント範囲が、より広域のグレーレ
ベル７６の出力セグメント範囲にマップされるため、暗
部領域にたくさんのディテールがもたらされる。

【００５１】第１のセグメントのエンドポイントが
（１，１４）及び（１２，９０）であることが知られる
と、その間に勾配が確定され、その勾配に基づいて第１
のセグメント中のグレー値が、第１の出力セグメントグ
レー値にマップされる。同様に、第２の入力セグメント
のエンドポイント（１２，９０）及び（１９６，２２
０）が、その間に勾配を画定し、この勾配は、作成され
た図８の調子再現曲線に示されるように、第２のセグメ
ントのグレーレベルを第２の出力セグメントグレーレベ
ルに変換するために用いられる。

【００５２】図９を参照して、もう１つの区分的線形変
換を示すために、白黒写真（1072×1312画素）のヒスト
グラムデータが図示される。用いられた写真は、標準的
な白黒のボートと波止場の光景（1072×1312画素）であ
る。絶対ダイナミック入力レンジは、R_min＝４、R_max＝
１９１である。図９の画像のヒストグラムのプロット
は、写真において暗部領域が優勢であることを示す。先
の２つの画像ヒストグラムとは異なり、このヒストグラ
ムは、明確なピークを有することに留意されたい。この
画像がダイナミックレンジの調節なしでスクリーンされ
る際、画像は、比較的濃く、暗部領域におけるディテー
ルを欠損して複写される。この画像中に背景が全くない
ため、ダイナミックレンジは、R_min及びR_maxのみを用
いる線形変換の「古典的」方法を用いて調節されること
ができる。最大ダイナミック出力レンジは、ハイライト
飽和を削除するために、２００にセットされる。これ
は、最大ダイナミックレンジが２５５である際、調子再
現曲線マップは、この場合、グレーレベル１１３（グレ
ー値１１３以上の画素の合計は、全合計の３％未満であ
る）であるR_maxで飽和する事実によるものでもある。そ
のため、ハイライト領域全体が飽和されるであろう。ダ
イナミックレンジを２００にセットすることにより、調
子再現曲線マップの勾配が変更され、マップ中の飽和点
を更に高いグレーレベルに移動させる。

【００５３】図１０は、図９のヒストグラムデータから
作成された区分的線形調子再現曲線を図示する。この変
換は、「古典的な」変換に比べ、暗部ディテールの付与
を向上させる。これは、暗部領域におけるダイナミック
レンジの効果的な拡張に起因する。区分的線形変換を生
じさせるために、図９のヒストグラムが解析され、１つ
又はそれ以上の区分点を決定する。この場合、１つの区
分点が決定され、次にこの区分点が入力グレー値に沿っ
た２つの区分点を画定する。ヒストグラムから、入力グ
レーレベル１１においてブラックピークが見出される。
ブラックピークから、区分点がグレーレベル３２である
ブラックピークから約標準偏差２つ分（２σ）として算
出され、選択される。

【００５４】２σ点は、ブラックピークの高さの約１／
４のピーク高を有するグレー値に選択される。区分点を
グレーレベル３２に有することは、第１のセグメントを
グレーレベル４〜３２に、第２のセグメントを３２〜１
９１に画定する。次に、ダイナミック出力レンジが、こ
の場合、出力グレー値１４〜２２０のスクリーン範囲に
選択される。次に、区分点値３２が、上述のように、出
力グレー値にマップされる。第１のセグメント、R_min
（４）〜入力グレーレベル３２、に含まれる入力画素の
割合は、全入力画素数の約37.6％である。次に、用いら
れる出力スクリーンのダイナミックレンジ（２２０−１
４＝２０６）は、画素の割合0.376で増倍され、第１の
出力セグメント区間の長さを付与する。すなわち、（２
２０−１４）×0.376＝７８となる。

【００５５】したがって、第１の出力セグメントのエン
ドポイントは、１４＋７８＝９２である。そのため、グ
レーレベル４〜３２である入力グレースペースは、出力
グレーレベル１４〜９２にマップされる。エンドポイン
ト（４，１４）及び（３２，９２）を知ることにより、
第１の入力セグメントと第１の出力セグメントとの線形
変換の基本を形成する勾配が決定される。したがって、
グレー値３２〜１９１の第２の入力セグメントは、エン
ドポイント（３２，９２）と（１９１，２２０）との間
の勾配に基づいて第２の出力セグメントにマップされ
る。

【００５６】図１１、１２（Ａ）、及び１２（Ｂ）を参
照して、新聞用紙にプリントされたハーフトーンのカラ
ー画像の、区分的線形変換を介したダイナミックレンジ
の調節の一例が示される。図１１は、画像ヒストグラム
のプロットを示す。それは、縁に少量の新聞用紙の背景
（1146×474画素）を有してクロップされた低度数のハ
ーフトーン写真（８５dpiスクリーン）である。画像の
左側の映像が、青の背景と、また、暗部領域に多くのデ
ィテールを有すると共に、その右側の映像が、明るい黄
色の背景と、ハイライト領域にディテールを有する、こ
のタイプの画像は、本来複写し難い。ヒストグラムデー
タを解析する際、絶対ダイナミックレンジは、R_min＝
２０、R_max＝２２３として計算される。背景グレー値
は、入力グレー値１３５において計算される。

【００５７】ヒストグラムデータの解析は、グレーレベ
ル４７におけるブラックピーク、グレーレベル６０にお
ける２σ点（ブラックピーク値の１／４）、グレーレベ
ル８５における第１のバレー、グレー値１１５における
ピーク、グレーレベル１３１における第２のバレー、及
びグレーレベル１３５における背景閾値を決定する。
「古典的」方法を介してダイナミックレンジが調節され
た後、スクリーン画像を複写すると、両映像のいくらか
の暗部ディテールが失われ、いくらかの新聞用紙の背景
が複写されるであろう。

【００５８】図１２（Ａ）を参照すると、図１１のヒス
トグラムのために作成される区分的線形調子再現曲線が
図示される。この場合、区分点は、第１のバレーのグレ
ー値８５であると選択される。したがって、ダイナミッ
ク入力レンジは、２つのセグメントを含み、第１のセグ
メントは、R_min（２０）〜８５間に画定され、第２の
セグメントは、グレー値８５〜１３５間に画定される。
８ビットシステムのシステム範囲全体としてのダイナミ
ック出力レンジは、０〜２５５であるとして選択され
る。

【００５９】図１２（Ａ）の区分的線形変換は、以下の
ように定められる。

【００６０】ブラックピークは、グレーレベル４７に決
定される。区分点は、ブラックピーク（４７）と隣接す
るピーク（１１５）との間のバレーにおける入力グレー
レベル８５で計算される。

【００６１】Ｒ_min（２０）とグレーレベル８５との間
の第１のセグメント中の入力画素の割合＝５６．８％

【００６２】出力範囲（２５５）＊画素の割合（0.568）＝１４５

【００６３】したがって、第１の出力セグメントは、０
〜１４５に画定される。入力区分点（８５）は、第１の
出力セグメントのエンドポイント１４５にマップされ
る。入力境界値２０及び１３５は、出力境界値０及び２
５５に、それぞれマップされる。次に、勾配が各セグメ
ントのために定量化され、残りの入力グレー値は、それ
らに対応するセグメントの勾配に基づいて出力グレー値
にマップされる。

【００６４】図１２（Ｂ）を参照して、図１１のヒスト
グラムの区分的線形調子再現曲線が図示される。図１２
（Ｂ）のマップと図１２（Ａ）のマップの相違点は、図
１２（Ｂ）では、変換が、バレー点８５ではなく、２σ
値（ブラックピークの１／４）を用いて区分点を選択す
る点である。この場合、２σ点はグレーレベル６０であ
る。Ｒ_min（２０）と区分点６０との間の入力画素の割
合は、４２．３％である。更に、ダイナミック出力レン
ジ２５５を前記割合（２５５＊0.423）で増倍すること
により、値１０８が導出される。したがって、第１の出
力セグメントは、０〜１０８に画定され、第２の出力セ
グメントは、１０８〜２５５に画定される。区分点にお
ける入力グレー値６０は、出力区分点値１０８にマップ
される。上記に論じられたのと同様に、各入力セグメン
トの勾配が、算定され、入力グレー値は、それらに対応
するセグメントにおいて概ねの区分的線形変換を成すそ
れらのセグメントの勾配に基づいて出力グレー値にマッ
プされる。

【００６５】代替的に、ダイナミック出力レンジは、例
えば、出力グレーレベル１４においてスクリーン最小値
を、また、出力グレーレベル２２０においてスクリーン
最大値を有するハーフトーンスクリーン範囲として選択
されることができる。また、調子再現曲線は、上述のよ
うに、バレー８５又は２σ点６０における区分点の何れ
かを用いて作成されることもできる。これらの様々な区
分的線形変換の選択肢は、ユーザにとって利用可能とさ
れ、そのため、元の入力画像に基づいて様々な複写が作
成されることができる。システム全体の出力範囲のため
に作成された調子再現曲線マップとハーフトーンスクリ
ーン範囲のために作成された調子再現曲線マップとの唯
一の相違点は、ハーフトーンスクリーン範囲のマップ
が、絶対Ｒ _minから背景レベルへの入力グレーレベルを
スクリーンのダイナミックレンジ（１４〜２２０）に効
果的にマップするグレーレベル１４の正のスライドを有
する点である。入力区分点６０（２σ）は、出力グレー
値１０３にマップされるが、ハーフトーンスクリーンを
用いた変換において、８５における入力区分点は出力グ
レー値１３１にマップされる。

【００６６】異なった方法の複写の相違点を詳細にわた
って査定するために、低度数のハーフトーン画像には、
通常、ハーフトーンスクリーンを適用しないが、画像に
ハーフトーンスクリーンが適用された。ダイナミックレ
ンジが、「古典的方法」を介して調節される場合、青色
と黄色の両映像においていくらかの暗部ディテールが失
われ、更に、望ましくないいくらかの新聞用紙の背景も
複写される。

【００６７】画像が区分的線形変換によって複写され、
出力ダイナミックレンジが２５５に等しいとき、多量の
暗部ディテールを有する青色の映像は、「古典的方法」
によって複写されたものよりも更に多くの複写されたデ
ィテールを表す。ハイライト領域に多量のディテールを
有する黄色の映像もまた、より多くの複写されたディテ
ールを有する。適用されるハーフトーンスクリーンのも
のに出力ダイナミックレンジを限定した際、更により多
くのハイライトディテールが黄色の映像に複写される。
いずれの場合においても、新聞用紙の背景は全く複写さ
れない。

【００６８】図１３は、複写し難い画像のヒストグラム
データを示す。それは、白い背景（コーティングされた
用紙）の縁と共にクロップされた高度数ハーフトーン
（１５０dpiスクリーン）写真である。絶対ダイナミッ
ク入力レンジは、Ｒ_min＝１１、及びＲ_max＝２３８に算
定される。この場合、ヒストグラムの解析は、背景グレ
ー値が存在し、背景閾値が、背景ピーク値２２６の約１
／４のピーク値である２１３で算定されることを示す。

【００６９】図１３のヒストグラムデータは、広く間隔
をおかれた２つの群を抜いて高いピークを外部濃度領域
に示す。これは、２つのピークの間のグレーレベルにい
くらかの量の画像情報を有するハイコントラスト画像で
あることに留意されたい。ヒストグラムデータの更なる
解析により、このデータが、広く間隔がおかれたピーク
を有し、ピーク間の「バレー」が識別し難い２項データ
(bimodal)であることを示す。したがって、本アルゴリ
ズムは、区分的線形変換を成すために、２σ（ブラック
ピークの１／４）値に基づいた区分点の選択に限定され
る。

【００７０】図１４は、システムのダイナミック出力レ
ンジ（０〜２５５）を用いて図１３のヒストグラムデー
タから作成された区分的線形調子再現曲線マップを示
す。Ｒ _minは、３％ルールを用いてグレーレベル１１に
決定され、また、この画像は抑圧されようとしている背
景値を有するため、最大境界はグレーレベル２１３でセ
ットされる。区分点は、ブラックピーク値２２と２σ点
（ブラックピークの１／４）に基づいてグレーレベル３
９に算定される。したがって、入力グレー値の２つの入
力セグメントが画定される。第１のセグメント上の画素
の割合に基づいて、区分点３９が、出力グレーレベル１
３６にマップされる。前に上記で説明されたように、各
セグメントの勾配が定量化され、区分的線形変換におい
て、入力グレー値が出力グレー値にマップされる。代替
的に、ダイナミック出力レンジは、例えば、出力グレー
レベル１４〜２２０であるハーフトーンスクリーン範囲
として選択されることができる。

【００７１】画像が、「古典的方法」によってダイナミ
ックレンジを調節することにより処理される場合、背景
は抑圧されるが、暗部ディテールのほとんどが失われ
る。画像が、２２５に等しい出力ダイナミックレンジを
有する区分的線形変換を用いて複写された際、暗部ディ
テールのほとんどが現される。この際、ハイライトディ
テールのほとんどが飽和される。出力ダイナミックレン
ジが、適用されるハーフトーンスクリーンの範囲に限定
される場合、ハイライト複写は向上する。

【００７２】好ましい実施形態を参照して本発明が説明
された。明らかに、本明細書を読み、理解する上で、変
形例と代替物が他者に生じるであろう。それらが添付の
請求項又はその同等物の範囲内に含まれる限り、本発明
が、このような変形例と代替物を全て含むことが意図さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にしたがって、区分的線形変換の作成を
含む画像複写システムのブロック図である。

【図２】ハーフトーン画像のヒストグラム分布を表すグ
ラフ図である。

【図３】本発明にしたがって、システムのダイナミック
出力レンジに基づいた図２の画像の区分的線形変換マッ
プを示すグラフ図である。

【図４】本発明にしたがって、ハーフトーンスクリーン
のダイナミック出力レンジに基づいた図２の画像の区分
的線形変換マップを示すグラフ図である。

【図５】写真のヒストグラム分布を示すグラフ図であ
る。

【図６】図５の画像の区分的線形変換マップを示すグラ
フ図である。

【図７】もう１つのカラー写真のヒストグラムデータを
示すグラフ図である。

【図８】図７の画像の区分的線形変換マップを示すグラ
フ図である。

【図９】白黒写真のヒストグラムデータを示すグラフ図
である。

【図１０】図９のヒストグラムの区分的線形変換を示す
グラフ図である。

【図１１】低度数のハーフトーン化されたカラー写真の
ヒストグラムデータを示すグラフ図である。

【図１２】（Ａ）は、バレーポイントを区分点として用
いた図１１の画像の区分的線形変換マップを示すグラフ
図である。（Ｂ）は、ブラックピーク値の１／４を区分
点として用いた図１１の画像の区分的線形変換マップを
示すグラフ図である。

【図１３】もう１つの画像パターンのヒストグラムデー
タを示すグラフ図である。

【図１４】図１３のデータから作成された区分的線形変
換マップを示すグラフ図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複写される画像を改良するリアルタイム
調子再現曲線を作成する方法であって、該方法が、画像の一部を走査し、前記画像を形成する入力グレー値
を決定するステップを含み、入力グレー値の度数分布のヒストグラムを作成するステ
ップを含み、前記入力グレー値のヒストグラムに基づいて、入力グレ
ー値を出力グレー値に変換するための調子再現曲線を作
成するステップを含む、上記複写される画像を改良するリアルタイム調子再現曲
線を作成する方法。
【請求項２】前記変換が、区分的線形変換を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記調子再現曲線の作成が、ヒストグラムを解析するステップを含み、複写される全ての入力グレー値が、実質的に入力境界グ
レー値の範囲内にある最小入力グレー値及び最大入力グ
レー値を含む入力境界グレー値を決定するステップを含
み、前記入力グレー値の度数分布に基づいて前記入力境界グ
レー値の間にある区分点を決定するステップを含み、前記最小入力グレー値を最小出力グレー値にマップする
ステップを含み、前記最大入力グレー値を最大出力グレー値にマップする
ステップを含み、前記入力グレー値の度数分布に基づいて区分点を出力グ
レー値にマップするステップを含み、前記入力境界グレー値と区分点との間に画定される勾配
に基づいて残りの入力グレー値をマップするステップを
含む、請求項１に記載の方法。