JP2005020733A - ハーフトーン処理のための誤差拡散法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピクセルの誤差が未知であるときに出力値を計算することの問題を解決できる誤差予測方法（誤差拡散法）を提供する。
【解決手段】画像データのハーフトーン処理に適用される誤差拡散法。前記画像データは複数のピクセルを含む。この方法は、画像データを複数の画像ブロックに分割する工程と、各々の画像ブロックに属するピクセルの１つを標的ピクセルとして選択する工程であって、前記標的ピクセルは対応する前記画像ブロックの境界上に位置するものである工程と、予測された誤差を前記標的ピクセルに割り当てる工程と、前記画像ブロックの前記標的ピクセルの前記予測された誤差に従って、前記画像ブロックの残りの前記ピクセルに対して誤差拡散法を実行する工程とを含む。誤差拡散を実行する際、前記画像ブロック内で標的ピクセルが見いだされ、次に予測された誤差を標的ピクセルに割り当ててそれらの出力値を計算する。
【選択図】図３

Description

本発明は数値的予測方法に関し、さらに詳しくは誤差予測方法（誤差拡散法）に関する。

本願は２００３年６月２４日出願の台湾特許出願第０９２１１７１６９号の利益を主張するものであり、その内容は本明細書に引用により組み込まれるものとする。
画像処理システムにおいて、出力装置の様々な要求を満たすために、画像データをハーフトーン処理しなければならないことがしばしばある。２４ビット画像（トゥルーカラー）を例に取ると、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各ピクセルのグレースケール値は８ビットで表される。しかし、この表現を直接表示または印刷することはできない。例えばＬＣＤ（液晶ディスプレー）の各色は６ビットしか持たず、印刷される各色は１ビットしか持たない（高度なプリンタでは３ビットが使用される）。その結果、画像処理システムは多くの場合、より多いビット数（例えば８）の画像データを少ないビット数（例えば６または３）の別の画像データに変換する必要があるが、これはハーフトーン処理と呼ばれる。

典型的なハーフトーン処理では、ピクセルのグレースケール値が閾値と比較される。グレースケール値が閾値よりも大きい場合は１が出力され、そうでない場合は０が出力される。この方法は簡単に実行できるが、誤差が大きすぎるために画像の歪みが生じる可能性がある。改良された方法の１つは、各ピクセルの誤差を一定の比率に従って隣接するピクセルに拡散させることであり、そのため隣接するピクセルのグレースケール値を計算するときに他のピクセルから拡散してくる誤差も考慮しなければならない。その結果全体の誤差が低減されるもので、この方法は誤差拡散法と呼ばれている。

図１は誤差拡散法を説明する模式図である。ピクセルＰ１１、Ｐ１２およびＰ２１は互いに隣接する。誤差拡散の原理によれば、ピクセルＰ１１の誤差は一定の比率（例えば５０％）に従ってピクセルＰ１２およびＰ２１に拡散させることができる。ピクセルＰ１２およびＰ２１のグレースケール値が計算されるとき、ピクセルＰ１１から拡散した誤差を考慮しなければならない。誤差拡散の条件を容易に識別できるようにするために、水平軸（ｘ軸）方向に沿って出力されるピクセルの誤差を横方向の誤差ＥＸと呼び、垂直軸（ｙ軸）方向に沿って出力されるピクセルの誤差を縦方向の誤差ＥＹと呼ぶ。

図２は画像データに対する誤差拡散法の実施条件を示す。画像データ２００は隣接する複数の画像列からなる完全な画像であり、図では２列だけを示してある。画像データ２００の解像度が１０２４×７６８であれば、これは画像データが７６８本の画像列を持ち、各画像列が１０２４個のピクセルを有することを意味する。誤差拡散法を実行すると、各画像列内のピクセルの誤差は順次誤差拡散方向に沿って拡散される。全ピクセルの誤差が拡散されると、次の画像列の誤差拡散が実行される。この図を例に取ると、画像列２１０内のピクセルＡの誤差が右に向かってピクセルＢに拡散され、ピクセルＢの誤差はピクセルＡからの誤差を考慮して計算され、そして計算された誤差は次のピクセルに拡散される。画像列２１０内の各ピクセルの誤差がこの様にして生成され、外側に向かって拡散される。最後のピクセルＭの計算が完了すると、画像列２２０に対する誤差拡散が行われる。従来の方法の中核は、各画像列内の全ピクセルの誤差が完全に拡散された後で、次の画像列の誤差拡散の演算に切り替えることである。つまり、画像列が計算の単位の役割を果たすもので、あるいはこの方法はラインに基づく方法と呼ぶことができる。

各ピクセルの横方向の誤差は水平軸に沿って生成および拡散され、各ピクセルの縦方向の誤差は垂直軸に沿って生成および拡散されることに注意すべきである。誤差拡散は列毎に行わなければならないので、横方向の誤差は次のピクセルに拡散された後ただちに処理することができるが、縦方向の誤差は事前にメモリに一時保存しなければならず、またその前の画像列の縦方向の誤差は、次の画像列の誤差が計算された後で考慮される。図１を例に取ると、ピクセルＰ１１の縦方向の誤差を事前に保存し、次にピクセルＰ２１の誤差が計算されるときにそれを考慮しなければならない。従って、このシステムは画像列全体の全てのピクセルの縦方向の誤差を保存するための大量のメモリを必要とするが、それはハードウェアの使用において極めて非経済的である。

上記に鑑みて、ピクセルの誤差が未知であるときに出力値を計算することの問題を解決できる誤差予測方法（誤差拡散法）を提供することが、本発明の少なくとも１つの目的である。

本発明は画像データに対するハーフトーン処理に適用される誤差拡散法を提供することによって上記の目的を達成する。該画像データは複数のピクセルを含む。この方法は画像データを複数の画像ブロックに分割する工程と、各々の画像ブロックに属するピクセルの１つを標的ピクセルとして選択する工程であって、該標的ピクセルは対応する画像ブロックの境界上に位置するものである工程と、予測された誤差を標的ピクセルに割り当てる工程と、画像ブロックの標的ピクセルの予測された誤差に従って、画像ブロックの残りのピクセルに対して誤差拡散法を実行する工程とを含む。

この誤差予測方法（誤差拡散法）では、画像を処理する方向は従来の水平方向に限定されない。つまり鉛直方向の処理も実施可能である。更に、画像ブロックの境界上のピクセルが標的ピクセルとして設定され、その出力値がこの誤差予測方法（誤差拡散法）を使って計算される限り、多くの画像ブロックを同時に処理することもできる。
本発明の他の目的、特徴および利点は、後で述べる好適な、しかし限定的ではない実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。以下、添付の図面を参照して説明する。

上で述べた誤差拡散法において、あるピクセルの出力値を計算する場合、上方のピクセルと前のピクセルとから拡散した誤差を知らなければならない。しかし状況によっては、外部から拡散した誤差が計算されずまた得られないまま、あるピクセルの出力値を計算しなければならないことがある。このとき、本発明はこれらのピクセルに関してそれ以前の点の誤差を予測し、それによってそれらの誤差を適切に生成し、その誤差を外部に拡散するための誤差予測方法（誤差拡散法）を提供する。誤差を予測すべきピクセルを標的ピクセルと呼ぶ。もちろん、フレーム全体の画像データに関しては、標的ピクセルの数は余り多くすることはできず、さもないと誤差拡散法の精度が失われ、画像の歪みを生じる。以下本発明の応用を説明するために、誤差予測（誤差拡散）の４つの実施形態について述べる。

第一の実施形態では、もしも計算された誤差に対する出力の順序が各画像列の左から右へと列ごとに進むならば、各列の左端のピクセルが計算されるとき、左端のピクセルは最初の点なので、そのピクセルに対する前の点が存在せずその出力誤差を予測するかまたは仮定しなければならない。同様に最初の画像列の誤差を計算するときに、この画像列に対する前の画像列の前のピクセルの誤差は存在せず、従って予測しなければならない。

第二の実施形態では、出力値を計算するためのメカニズムがＮ組あるならば、左から右にＮ列の出力値を同時に計算することができる。Ｎ列の任意の１つについて、前の上方の１つの誤差列を参照しなければならず、そのため（ｎ−１）番目の列の誤差が計算されるまではｎ番目の列の誤差を計算することができず、従って各列の左端のピクセルの誤差予測は第一の実施形態の場合と同一となる。

第三の実施形態では、誤差拡散法を実行するときに、誤差拡散の比率が一定なので、フレームは特定のテキスチャを有するように見える。この現象を解消するために、奇数番の列と偶数番の列とに対して反対の拡散方向を適用することができる。奇数番の列では右向きに拡散させ、偶数番の列では左向きに拡散させると、奇数番の列の左端のピクセルと偶数番の列の右端のピクセルとにおいて、それよりも前のピクセルの誤差予測を行わなければならない。

第四の実施形態では、画像データがいくつかの画像ブロックに分割されて各画像ブロックが誤差拡散のための計算単位の役割を果たす場合、各ブロックの左側と右側との境界で誤差予測の問題にぶつかる。このとき、誤差予測の精度はフレーム全体の品質に直接影響を与える。図３は本発明の好適な１実施形態による画像データを示す。画像データ３００は数個の画像ブロックとして定義でき、その画像ブロックの出力は前の画像ブロックの出力が計算された後で計算される。例として画像ブロックＢＫ１１およびＢＫ１２をとると、各ブロックは数個（この例では４個）の画像列を持ち、各画像列内の各ピクセルの誤差は矢印の方向に沿って拡散される。誤差拡散の計算単位は１画像ブロックなので、その画像列の最後のピクセルの誤差が計算された後で、次の列の誤差拡散を行わなければならない。例えば画像列Ｍ１中の最後のピクセルａの出力が計算された後で、画像ブロックＢＫ１２中のピクセルｅの出力ではなく、画像列Ｍ２中のピクセルｂの出力を計算しなければならない。

誤差を予測するとき、事前に各画像ブロックの標的ピクセルを決定しなければならず、その後で予測された誤差が標的ピクセルに割り当てられる。最も簡便で速い方法は予測誤差を０に設定することであるが、これは第一および第三の実施形態では非常に適切な方法である。しかし予測誤差を０に設定すると、第四の実施形態では画像ブロック同士の境界の間の接続が滑らかでなくなることがある。この問題を解決する１つの方法は、予測誤差を横方向または縦方向で標的ピクセルに隣接するピクセル、例えば標的ピクセルの上方にあるピクセルの誤差として設定することである。ここで、標的ピクセルの上方のピクセルは、標的ピクセルの上方の画像列上にある。例えばピクセルｂの誤差が画像列Ｍ２中で最初に計算すべきものだが、ピクセルｆの誤差は計算されず、従ってピクセルｂに拡散できないとすると、ピクセルａの誤差がピクセルｂに拡散される予測誤差の役割を果たす。そのため誤差は画像列Ｍ２中の開始ピクセルｂから左に向かって拡散させることができ、ここでピクセルｂはいわゆる標的ピクセルであり、ピクセルａはいわゆる最後のピクセルである。画像ブロックＢＫ１２では、左から右に向かって最初のピクセル（ピクセルｅ、ピクセルｇ）に対して受け取るべき横方向誤差は画像ブロックＢＫ１１中の（ピクセルａ、ピクセルｃ）から計算されているので、予測をする必要はない。

水平方向の誤差拡散に従って実施形態を図示したが、誤差予測方法（誤差拡散法）の分野は水平方向に限定されず、垂直方向での誤差拡散も実施することができる。更に多数の画像ブロックを同時に処理して画像処理のスピードを速くすることも可能である。この場合、各画像ブロックの境界の標的ピクセルを指定して、次に誤差予測方法（誤差拡散法）を使って各標的ピクセルの誤差出力値を計算するだけで処理を行える。

本発明を実施形態により説明してきたが、本発明はそれに限定されるものではないことを理解すべきである。本発明は様々な変更と同様の構成および手順とを含むことが意図され、従ってかかる変更と同様の構成および手順とを全て含むように、添付の特許請求の範囲を最大限に広く解釈すべきである。

誤差拡散法を説明する模式図である。 画像データに対して誤差拡散法を実施する条件を示す。 本発明の好適な一実施形態による画像データを示す模式図である。

Claims (9)

1. 複数のピクセルを含む画像データに対するハーフトーン処理に適用される誤差拡散法であって、
   前記画像データを複数の画像ブロックに分割する工程と、
   前記画像ブロックの各々に属するピクセルの１つを標的ピクセルとして選択する工程であって、前記標的ピクセルは対応する前記画像ブロックの境界上に位置するものである工程と、
   予測された誤差を前記標的ピクセルに割り当てる工程と、
   前記画像ブロックの前記標的ピクセルの前記予測された誤差に従って、前記画像ブロックの残りの前記ピクセルに対して誤差拡散法を実行する工程とを含む方法。
2. 前記割り当て工程において、前記予測された誤差に０が割り当てられる、請求項１記載の方法。
3. 前記割り当て工程において、前記予測される誤差が前記標的ピクセルに隣接する最後のピクセルの誤差に従って決定され、前記最後のピクセルと前記標的ピクセルとが同じ前記画像ブロックに属さない、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記最後のピクセルが横方向または縦方向において前記標的ピクセルに隣接する、請求項３記載の方法。
5. 前記画像データが前記画像ブロックの位置に従って前記画像ブロックに分割される、請求項４記載の方法。
6. 画像データに対するハーフトーン処理に適用される誤差拡散法であって、この誤差予測法が、
   前記画像データを複数の画像ブロックに分割する工程であって、前記画像ブロックの各々は複数の画像列を含み、各画像列は複数のピクセルを含み、そして各々のピクセルは少なくとも誤差を出力するものである工程と、
   前記ピクセルの１つを標的ピクセルとして選択する工程であって、前記標的ピクセルは前記画像ブロックの１つの境界上に位置するものである工程と、
   前記標的ピクセルの予測された誤差を割り当てる工程と、
   前記画像ブロックの標的ピクセルの前記予測された誤差に従って、前記画像ブロックの残りの前記ピクセルに対して誤差拡散法を実行する工程とを含む方法。
7. 前記割り当て工程において、前記予測された誤差に０が割り当てられる、請求項６記載の方法。
8. 前記割り当て工程において、前記予測される誤差が前記標的ピクセルに隣接する最後のピクセルの誤差に従って決定され、前記最後のピクセルと前記標的ピクセルとが同じ前記ピクセルブロックに属さない、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記最後のピクセルが横方向または縦方向において前記標的ピクセルに隣接する、請求項８記載の方法。

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