JP2005252807A - 画像処理方法、印刷システム及びプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】
誤差拡散法を用いたレーザビームプリンタは、中間濃度域から高濃度域にかけては、複数のドットに囲まれた単独白抜けドットが潰れてしまうことで急激な濃度変化が発生し、画質の低下を引き起こす問題がある。
【解決手段】
多階調の入力画像信号に対して誤差拡散法を用いて２値の出力画像信号に変換する画像処理方法において、前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より小さいか否かを判断する濃度判定処理工程と、前記濃度判定処理工程で前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より小さいと判断された場合には予め定めたドット発生制限マトリクスを用いドットの発生位置を制限するとともに誤差拡散法により２値化する誤差拡散処理工程と、前記濃度判定処理工程で前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より大きいと判断された場合には前記ドット発生制限マトリクスを用いて注目画素位置にドットを発生させるか否かを決定するディザ処理工程とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機を含むプリンタや各種印刷システムなどに用いられる多階調の入力画像信号を低階調の画像信号に変換する手法として誤差拡散法を用いた画像処理方法、印刷システム及びプリンタに関する。

多階調画像を記録する擬似階調表現方法の一つとして誤差拡散法が知られている。誤差拡散法は入力画像と出力画像の濃度誤差が最小となるように濃度補正をおこなう量子化処理であり、２値記録しかできないプリンタなどで多階調の高精細画像を印刷する場合に、見かけの解像度と階調表現の低下を抑えた良好な画像を記録することができる極めて有効な手法である。

図２を用い、従来の誤差拡散法を説明する。主走査方向がｍ画素、副走査方向がｎ画素で、１画素あたり８ビット（０〜２５５）の濃度を持った入力画像信号Ｓから、主走査方向がｍ画素、副走査方向がｎ画素で、１画素あたり１ビット（０ｏｒ１）の濃度の出力画像信号Ｏを生成する。

まず、入力画像信号Ｓの左からｘ番目、上からｙ番目の画素の濃度値をＳ（ｘ、ｙ）、出力画像信号Ｏの左からｘ番目、上からｙ番目の画素の濃度値をＯ（ｘ、ｙ）で表すとき、出力画像信号Ｏの濃度値Ｏ（ｘ、ｙ）と、入力画像信号Ｓと出力画像信号Ｏとの間で生じた量子化誤差ＥＲＲを、式１、式２で算出する。
Ｓ（ｘ、ｙ）≧ＴＨのとき Ｏ（ｘ、ｙ）＝１、ＥＲＲ＝Ｓ（ｘ、ｙ）−２５５ …式１
Ｓ（ｘ、ｙ）＜ＴＨのとき Ｏ（ｘ、ｙ）＝０、ＥＲＲ＝Ｓ（ｘ、ｙ）−０ …式２
ここで、ＴＨは２値化閾値であり、入力画像信号Ｓの表現可能な最大濃度値の半分、つまりＴＨ＝１２８を用いる。

次に、入力画像信号Ｓと出力画像信号Ｏとの間で生じた量子化誤差ＥＲＲを、注目画素近傍の周辺画素に分配する。

図３は、量子化誤差ＥＲＲを周辺画素に分配するときの分配比率を表す重み付け係数マトリックスである。図３の重み付け係数により、量子化誤差ＥＲＲを式３から式６で周辺画素に分配する。
Ｓ（ｘ＋１、ｙ）＝Ｓ（ｘ＋１、ｙ）＋（７／１６）×ＥＲＲ …式３
Ｓ（ｘ−１、ｙ＋１）＝Ｓ（ｘ−１、ｙ＋１）＋（３／１６）×ＥＲＲ …式４
Ｓ（ｘ、ｙ＋１）＝Ｓ（ｘ、ｙ＋１）＋（５／１６）×ＥＲＲ …式５
Ｓ（ｘ＋１、ｙ＋１）＝Ｓ（ｘ＋１、ｙ＋１）＋（１／１６）×ＥＲＲ …式６
以上の処理を、すべての画素に対して順に行うことで、量子化された出力画像信号Ｏを得る事ができる。

しかし、前記誤差拡散法では、一定の濃度値の画像データに対し特異な構造の模様（テスクチャ）が発生したり、低濃度域の立ち上がり部において、低濃度を表現するためのドットの発生が遅れ、白抜けになる等の欠点がある。この問題を回避する方法として、入力画像にランダムノイズを加える方法や、量子化処理の際に使用する閾値にランダムノイズを加える方法、また、入力画像の濃度値に応じて量子化処理の閾値を変化させる閾値最適化誤差拡散法などが提案されている。

Ｒｏｂｅｒｔ Ｆｌｏｙｄ ａｎｄ Ｌｏｕｉｓ Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇ、"Ａｎ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｓｐａｔｉａｌ ＧｒｅｙＳｃａｌｅ"、Ｐｒｏｃ．ＳＩＤ、Ｖｏｌ１７、Ｎｏ２、ｐｐ．７５−７７、１９７６

角谷繁明、"誤差拡散法の高画質化技術"、日本写真学会誌、第６０巻第６号、ｐｐ．３５３−３５６、１９９７

しかしながら、インクジェットプリンタのように、メディア上に形成されたドットが１ドット単位でくっきり形付けられる出力装置には、これまで説明してきた誤差拡散法は有効であるが、レーザビームプリンタのように、１ドットの形状が安定しにくい出力装置では、出力された画像の低濃度域から中間濃度域にかけて、ドット形状のばらつきによるざらつき感が発生し、また、中間濃度域から高濃度域にかけては、複数のドットに囲まれた単独白抜けドットが潰れてしまうことで急激な濃度変化が発生し、画質の低下を引き起こす問題がある。

本発明の目的は、中間濃度域において単独白抜けドットが発生しないようにすることで、従来技術の欠点である中間濃度域から高濃度域にかけての階調特性の歪みを軽減し、良好な画質が得られる画像処理方法及び画像処理装置を提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の発明によれば、入力画像信号が予め定めた所定濃度より小さいか否かを判断する濃度判定処理工程と、前記濃度判定処理工程で前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より小さいと判断された場合には予め定めたドット発生制限マトリクスを用いドットの発生位置を制限するとともに誤差拡散法により２値化する誤差拡散処理工程と、前記濃度判定処理工程で前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より大きいと判断された場合には前記ドット発生制限マトリクスを用いて注目画素位置にドットを発生させるか否かを決定するディザ処理工程とを備えたことを特徴とする画像処理方法を提供することによって達成される。

また、上記目的は、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の画像処理方法において、前記ドット発生制限マトリクスは０と０以外の値が千鳥格子状に配置され、前記誤差拡散処理工程においては、注目画素位置のドットの発生を制限するか否かの判定を前記ドット発生制限マトリクスの注目画素に対応する値が０か否かで行い、前記ディザ処理工程においては、入力画像信号の注目画素の濃度と前記ドット発生制限マトリクスの注目画素に対応する値を比較することでドットを発生させるか否かの判定を行うことを特徴とする画像処理方法を提供することで達成される。

また、上記目的は、請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の画像処理方法における前記ドット発生制限マトリクスに配置された０と１の千鳥格子の単位格子サイズを、ｎ×ｎ（ｎ＝２、３、４・・・）ドットとしたことを特徴とする画像処理方法を提供することで達成される。

また、上記目的は、請求項４記載の発明によれば、請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の画像処理方法を適用した印刷システムを提供することによって達成される。

さらに、上記目的は、請求項５記載の発明によれば、請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の画像処理方法をメモリに格納したプリンタを提供することによって達成される。

本発明によれば、中間濃度域において単独白抜けドットが発生しないようにすることで、レーザープリンタでも、中間濃度域から高濃度域にかけての階調特性の歪みを軽減し、良好な画質が得ることができる。

入力画像信号が予め定めた所定濃度より小さいか否かを判断する濃度判定処理工程と、濃度判定処理工程で入力画像信号が予め定めた所定濃度より小さいと判断された場合には予め定めたドット発生制限マトリクスを用いドットの発生位置を制限するとともに誤差拡散法により２値化する誤差拡散処理工程と、一方、濃度判定処理工程で前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より大きいと判断された場合にはドット発生制限マトリクスを用いて注目画素位置にドットを発生させるか否かを決定するディザ処理工程と備えた画像処理方法および画像処理装置により、レーザビームプリンタのような１ドットの形状が安定しにくい出力装置での、中間濃度域から高濃度域にかけての複数のドットに囲まれた単独白抜けドットの潰れによる画質の低下を回避し、中間濃度域から高濃度域にかけて良好な階調特性を実現する。

本発明の第１の実施例を図１、図３〜図８により説明する。なお、本実施例では説明のために便宜上、入力画像信号は１画素あたり８ビット（０〜２５５）濃度を持った画像信号とし、処理後の出力画像信号は１画素あたり１ビットの２値信号とするが、本発明はこれに限ったものではない。

図３は、本実施例で使用するドット発生制限マトリクスで、マトリクスのサイズは１６×１６ドットサイズであり、０と０以外の値が千鳥格子に配置されている。また、ドット発生制限マトリクスに配置された値は、誤差拡散工程においてはドットの発生を千鳥格子上に制限するために、ディザ処理工程においては入力画像信号の注目画素の濃度とドット発生制限マトリクスの値を比較することで注目画素位置にドットを発生させるか否かの判定する閾値として使用する。

図４は、入力画像信号Ｓ、その複製画像信号Ｃ、さらに本発明の画像処理後の出力画像信号Ｏを表している。これらの画像はいずれも主走査方向サイズがｍ画素、副走査方向サイズがｎ画素で構成され、主走査方向がｘ番目、副走査方向がｙ番目の画素の濃度値を、入力画像信号ではＳ（ｘ、ｙ）、複製画像信号ではＣ（ｘ、ｙ）、出力画像信号ではＯ（ｘ、ｙ）で表現している。ここで、複製画像信号Ｃは後述する誤差拡散処理工程の誤差計算及び誤差分配に使用し、本発明の画像処理後の２値画像を出力画像信号Ｏに格納する。

以下、図５、図６および図７に示すフローチャートに従って本発明の画像処理方法を説明する。先ず、図５のステップＳ１００で、入力画像信号Ｓを複製画像信号Ｃにコピーする。次に、入力画像の量子化処理（ステップＳ１３０からステップＳ１５０）のため、ステップＳ１１０で副走査方向の画像サイズであるｎ回数分のくり返し処理を、ステップＳ１２０で主走査方向の画像サイズであるｍ回数分の繰り返し処理を行い、入力画像を順次走査する。

次に、図５のステップＳ１３０からステップＳ１５０の量子化処理を説明する。まず、ステップＳ１３０の濃度判定処理工程で、入力画像信号Ｓの注目画素の濃度Ｓ（ｘ、ｙ）と、予め定めた所定濃度値Ｔ１と比較する。この所定濃度値Ｔ１とは、入力画像信号Ｓの注目画素をステップＳ１４０の誤差拡散処理工程で量子化するかあるいはＳ１５０のディザ処理工程で量子化するかを判定する閾値である。本実施例では、入力画像信号の中間濃度付近で周辺画素と異なる孤立ドットが発生しないよう、つまり注目画素のみドットが発生し周辺にはドットが発生しない孤立画素や、注目画素のみドットが発生しなくて周辺にはドットが発生している白抜け孤立画素が発生しないよう、入力画像信号の中間濃度を所定濃度値Ｔ１とした。次に、ステップＳ１３０の濃度判定処理工程での比較の結果、濃度Ｓ（ｘ、ｙ）が所定濃度値Ｔ１より小さい場合には、ステップＳ１４０の誤差拡散処理工程で量子化を行う。一方、ステップＳ１３０の濃度判定処理工程での比較の結果、濃度Ｓ（ｘ、ｙ）が所定濃度値Ｔ１以上場合には、ステップＳ１５０のディザ処理工程で量子化を行う。以上の処理を全画素に対して順次行うことで本発明の画像処理が完了する。

次に、図５のステップＳ１４０の誤差拡散処理工程を図６を用いて説明する。

先ず、注目画素に対するドット発生制限閾値Ｔ２を、図１のドット発生制限マトリクスＭに基づいて求める（ステップＳ２００）。例えば、注目画素の座標が走査方向がｘ、副走査方向がｙの場合、ドット発生制限閾値Ｔ２は図１のドット発生制限マトリクスのＭ（ｘ％１６、ｙ％１６）で求められる。ここで、ｘ％１６とは、ｘを１６で割ったときの余りを表してる。例えば注目画素の座標が、主走査方向が２０、副走査方向が４０の場合では、均一処理閾値Ｔ２は、Ｍ（２０％１６、４０％１６）＝Ｍ（４、８）＝１３９となる。

次に、ドット発生制限閾値Ｔ２が０か否かの判定をステップＳ２１０で行う。もし、ドット発生制限閾値Ｔ２が０でない場合は、注目画素位置にドットを発生させないために、出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ、ｙ）を０に設定し（ステップＳ２４０）、その際の量子化誤差ＥＲＲに複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ、ｙ）を代入する（ステップＳ２６０）。

一方、ステップＳ２１０の判定において、ドット発生制限閾値Ｔ２が０ならば、複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ、ｙ）と誤差拡散処理閾値Ｔ３とを比較する（ステップＳ２２０）。本実施例では、誤差拡散処理閾値Ｔ３は入力画像信号Ｓの取りうる値の中間値である１２８としたが、これにとらわれるものではない。次に、複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ、ｙ）が誤差拡散処理閾値Ｔ３より小さい場合は、ステップＳ２１０のドット発生制限閾値Ｔ２が０でない場合と同様に、ドットを発生させないために、出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ、ｙ）を０に設定し（ステップＳ２４０）、その際の量子化誤差ＥＲＲに複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ、ｙ）を代入する（ステップＳ２６０）。

一方、複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ、ｙ）がＴ３以上であれば、ドットを発生させるために、出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ、ｙ）を１に設定し（ステップＳ２３０）、その際の量子化誤差ＥＲＲに複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ、ｙ）から２５５を引いた値を代入する（ステップＳ２５０）。

次に、量子化誤差ＥＲＲを注目画素の周辺画素に分配する（ステップＳ２７０）。その際の量子化誤差ＥＲＲの分配先画素とその分配率は、図３の重み付け係数マトリクスにより決定する。図３の重み付け係数マトリックスでは、注目画素近傍の４画素を式７から式１０のように分配する。
Ｃ（ｘ＋１、ｙ）＝Ｃ（ｘ＋１、ｙ）＋７／１６＊ＥＲＲ …式７
Ｃ（ｘ−１、ｙ＋１）＝Ｃ（ｘ−１、ｙ＋１）＋３／１６＊ＥＲＲ …式８
Ｃ（ｘ、ｙ＋１）＝Ｃ（ｘ、ｙ＋１）＋５／１６＊ＥＲＲ …式９
Ｃ（ｘ＋１、ｙ＋１）＝Ｃ（ｘ＋１、ｙ＋１）＋１／１６＊ＥＲＲ …式１０
なお、本実施例では、図３の重み付け係数マトリクスを使用したが、これに限定されるものではない。例えば、図８の重み付け係数マトリクスを使用することも可能である。同図の重み付け係数マトリクスを使用すると、より多くの演算が必要になるが、量子化誤差が広範囲に分散されるため、図３の重み付け係数マトリクスを使用したときより特有な構造の模様（テクスチャ）の発生を抑えることができる。

これで、１画素に対する誤差拡散処理工程は終了であり、次の画素に処理を移す。次に、図５のステップＳ１５０のディザ処理工程を図７を用いて説明する。先ず、注目画素に対するドット発生制限閾値Ｔ２を、図１のドット発生制限マトリクスＭに基づいて求める（ステップＳ３００）。この処理は、前述した誤差拡散処理工程のステップＳ２００と同じ処理である。次に、入力画像信号Ｓの注目画素の濃度Ｓ（ｘ、ｙ）とドット発生制限閾値Ｔ２を比較し、注目画素位置にドットを発生させるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。もし、入力画像信号Ｓの注目画素の濃度Ｓ（ｘ、ｙ）がドット発生制限閾値Ｔ２以上の場合には、ステップＳ３２０でドットを発生させるために、出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ、ｙ）を１に設定し、ディザ処理工程を終了する。一方、入力画像信号Ｓの注目画素の濃度Ｓ（ｘ、ｙ）がドット発生制限閾値Ｔ２より小さい場合には、ステップＳ３３０でドットを発生させないために、出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ、ｙ）を０に設定し、ディザ処理工程を終了する。

以上、説明した通り、入力画像信号が予め設定した所定濃度値以下の低濃度域では誤差拡散処理工程により、所定濃度値以上の中濃度域から高濃度域にかけてはディザ処理工程により量子化され、更に、誤差拡散処理工程においては、ドット発生制限マトリクスを用いることで中間濃度で単独白抜けドットが発生しないようにすることで、中間濃度域から高濃度域にかけてのドット潰れを軽減し、良好な画質を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例を図９を用いて説明する。本実施例では、ドット発生制限マトリクスにおいて、０と０以外の値の千鳥格子が４×４ドットサイズ単位の格子になっていることのみが、第１の実施例と相違する。図９のドット発生制限マトリクスを使用することで、孤立白抜けドットが発生する濃度を第１の実施例にくらべより高濃度域にすることが可能になる。これにより、中間濃度域のドット潰れを更に軽減し、良好な画質を得ることができる。

図１０は、本発明の第３の実施例に係る印刷システムの概略構成を示すブロック図である。この印刷システムは、ホストコンピュータ１１と、それによって制御されるプリンタ１２から主に構成されている。そして前記ホストコンピュータ１１は、アプリケーションソフト１３とプリンタドライバ１４などを備えている。前記プリンタ１２は、コントローラ１５とプリンタエンジン１６を備えている。本実施例に係る画像処理プログラムはアプリケーションソフト１４に格納されており、プリンタ１２で画像形成される際の画像処理に用いられる。

図１１は、本発明の第４の実施例に係るプリンタの概略構成を示すブロック図である。このプリンタ２１は、コントローラ２２とプリンタエンジン２３と操作パネル２４から主に構成されている。そしてコントローラ２２は、ＣＰＵ２５、メモリ２６、エンジンＩ／Ｆ２７、バスブリッジ２８、ネットワークＩ／Ｆ２９、ローカルＩ／Ｆ３０、パネルＩ／Ｆ３１、ＨＤＤ３２などを備えている。本実施例に係る画像処理プログラムは前記メモリ２６に格納されており、プリンタエンジン２３で画像形成される際の画像処理に用いられる。

入力画像信号がＲＧＢやＣＭＹＫデータ等のカラー信号であっても、それぞれの色信号ごとに本発明の画像処理を適用することが可能なため、カラープリンタやカラー複写機などのカラー出力機にも応用可能である。

本発明に係るドット発生制限マトリクスを示す図である。（実施例１） 従来の誤差拡散法に用いる画像信号の構成説明図である。 本発明の第１の重み付け係数マトリクスを示す図である。（実施例１） 本発明に用いる入力画像信号Ｓ、複製画像信号Ｃ、出力画像信号Ｏの構成説明図である。（実施例１） 本発明に係る量子化処理を示すフローチャート図である。（実施例１） 本発明に係る誤差拡散処理を示すフローチャート図である。（実施例１） 本発明に係るディザ処理を示すフローチャート図である。（実施例１） 本発明の第２の重み付け係数マトリクスを示す図である。（実施例２） 本発明に係るドット発生制限マトリクスを示す図である。（実施例２） 本発明に係る印刷システムの概略構成を示すブロック図である。（実施例３） 本発明に係るプリンタの概略構成を示すブロック図である。（実施例４）

符号の説明

１ ドット発生制限マトリクスＭ
２ 入力画像信号Ｓ
３ 出力画像信号Ｏ
４ 第１の重み付け係数マトリクス
５ 入力画像信号Ｓ
６ 複製画像信号Ｃ
７ 出力画像信号Ｏ
８ 第２の重み付け係数マトリクス
９ 第２のドット発生制限マトリクス
１１ ホストコンピュータ
１２ プリンタ
１３ アプリケーションソフト
１４ プリンタドライバ
１５ コントローラ
１６ プリンタエンジン
２１ プリンタ
２２ コントローラ
２３ プリンタエンジン
２４ 操作パネル
２５ ＣＰＵ
２６ メモリ
２７ エンジンＩ／Ｆ
２８ バスブリッジ
２９ ネットワークＩ／Ｆ
３０ ローカルＩ／Ｆ
３１ パネルＩ／Ｆ
３２ ＨＤＤ

Claims (5)

1. 多階調の入力画像信号に対して誤差拡散法を用いて２値の出力画像信号に変換する画像処理方法において、前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より小さいか否かを判断する濃度判定処理工程と、前記濃度判定処理工程で前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より小さいと判断された場合には予め定めたドット発生制限マトリクスを用いドットの発生位置を制限するとともに誤差拡散法により２値化する誤差拡散処理工程と、前記濃度判定処理工程で前記入力画像信号が予め定めた所定濃度より大きいと判断された場合には前記ドット発生制限マトリクスを用いて注目画素位置にドットを発生させるか否かを決定するディザ処理工程とを備えたことを特徴とする画像処理方法。
2. 前記ドット発生制限マトリクスは０と０以外の値が千鳥格子状に配置され、
   前記誤差拡散処理工程においては、注目画素位置のドットの発生を制限するか否かの判定を前記ドット発生制限マトリクスの注目画素に対応する値が０か否かで行い、
   前記ディザ処理工程においては、入力画像信号の注目画素の濃度と前記ドット発生制限マトリクスの注目画素に対応する値を比較することでドットを発生させるか否かの判定を行うことを特徴とする請求項１記載の画像処理方法。
3. 前記ドット発生制限マトリクスに配置された０と０以外の値の千鳥格子の単位格子サイズを、ｎ×ｎ（ｎ＝２、３、４・・・）ドットとしたことを特徴とする請求項２記載の画像処理方法。
4. 請求項１、２、又は３のいずれかに記載の画像処理方法を用いたことを特徴とする印刷システム。
5. 請求項１、２、又は３のいずれかに記載の画像処理方法をメモリに格納したことを特徴とするプリンタ。
   

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