JP2006237902A - 階調変換装置、画像処理装置、印刷装置、階調変換方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】原理的に掃き寄せ現象や疑似輪郭が発生しない、階調再現性の良好な階調変換技術を提案する。
【解決手段】ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号を２値の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置を、（ａ）逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する入力信号累積加算部と、（ｂ）変換出力である２値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する出力信号累積加算部と、（ｃ）第１の累積加算値と第２の累積加算値が同じとき、又は、第１の累積加算値より第２の累積加算値が大きいとき、２値のうち小さい方の値を変換出力値に決定し、第１の累積加算値より第２の累積加算値が小さいとき、２値のうち大きい方の値を出力変換値に決定する出力階調決定部とで構成する。
【選択図】図３

Description

発明の一つの形態は、ｍ値（ｍは、自然数）の階調をｎ値（ｎは、ｍより小さい自然数）の階調に変換する階調変換装置に関する。また、発明の一つの形態は、階調変換装置を搭載した画像処理装置に関する。また、発明の一つの形態は、階調変換装置を搭載した印刷装置に関する。また、発明の一つの形態は、階調変換方法に関する。また、発明の一つの形態は、コンピュータに階調変換処理を実行させるプログラムに関する。

階調数を変換する手法方法の代表例に、組織的ディザ法、誤差拡散法がある。
このうち、組織的ディザ法は、ｎ×ｎ個のしきい値からなるサブマトリックス（ディザマトリックス）を入力画像に重ね合わせ、対応する各画素の濃淡レベルとしきい値を比較することにより出力階調を決定する。
一方、誤差拡散法は、変換誤差を変換前の前方位画素に加えることにより、変換誤差を以後の変換処理で積極的に反映する。なお、１つの変換誤差は、複数の前方位画素に拡散的に反映される。この変換誤差の拡散には、拡散位置に応じて異なる重み（係数）が用いられる。
２００２−１７１４０７号公報

ところで、組織的ディザ法は、処理時間が短く済む点で誤差拡散法よりも優れる一方で、階調の再現性の点で誤差拡散法よりも劣るという特性がある。勿論、誤差拡散法には、この反対の特性が認められる。
このように、組織的ディザ法と誤差拡散法には一長一短があり、目的や用途に応じて選択的に使用される。例えば、自然画像のように中間階調の多い絵柄の印刷時には、処理時間が長くとも誤差拡散法が選択される。
もっとも、誤差拡散法では、フィードバックシステムに固有の問題として、入力階調値の急激な変化に対して出力階調値の応答が遅れてしまう。この遅れは、“掃き寄せ現象”や“擬似輪郭”を発生させ、画質を低下させる原因となる。図１に、“掃き寄せ現象”の発生例を示す。濃淡が急変する境目部分に白枠の発生が認められる。図２に、“擬似輪郭”の発生例を示す。図２は、半球状のグラディエーション画像を階調変換した場合の印刷例である。

発明者らは、以上の技術的課題に着目し、処理時間が短く、階調の再現性が良好な新たな階調変換技術を提案する。
例えば、ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号を２値の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換技術として、
（ａ）逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する処理と、
（ｂ）変換出力である２値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する処理と、
（ｃ）第１の累積加算値と第２の累積加算値が同じとき、又は、第１の累積加算値より第２の累積加算値が大きいとき、２値のうち小さい方の値を変換出力値に決定し、第１の累積加算値より第２の累積加算値が小さいとき、２値のうち大きい方の値を出力変換値に決定する処理と
を有するものを提案する。

また例えば、ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号をｎ値（ｎは、ｍより小さい自然数）の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換技術として、
（ａ）逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する処理と、
（ｂ）変換出力であるｎ値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する処理と、
（ｃ）第１の累積加算値と第２の累積加算値との差分値を算出する処理と、
（ｄ）算出された差分値とｎ値のしきい値とを比較し、比較結果に対応するしきい値を出力変換値に決定する処理と
を有するものを提案する。

発明に係る階調変換技術を用いれば、第１の累積階調値と第２の累積階調値とを比較するだけで、ｍ値の画像濃度信号を２値の画像濃度信号に階調変換することができる。
変換動作が単純であるため、変換処理に要する時間は短く済む。また、誤差バッファが不要であるため、“疑似輪郭”や“掃き寄せ現象”も発生しない。
また、変換誤差は、第１の累積加算値と第２の累積階調値の比較の際に反映される。すなわち、変換誤差は、後続する他の変換処理の際に積極的に解消される。従って、中間階調の再現性を高めることができる。

また、発明に係る階調変換技術を用いれば、第１の累積加算値と第２の累積加算値との差分値とｎ値のしきい値とを比較するだけで、ｍ値の画像濃度信号をｎ値の画像濃度信号に階調変換することができる。
この場合も、変換動作が単純であるため、変換処理に要する時間は短く済む。同様に、誤差バッファが不要であるため、“疑似輪郭”や“掃き寄せ現象”も発生しない。
また、変換誤差は、第１の累積加算値と第２の累積階調値の差分値を算出する際に反映される。すなわち、変換誤差は、後続する他の変換処理の際に積極的に解消される。従って、中間階調の再現性を高めることができる。

以下、発明に係る技術手法の実施形態例を説明する。
なお、本明細書で特に図示又は記載されない部分には、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。
また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。

（Ａ）階調変換装置（ハーフトーニング装置）
（ａ）形態例１
（ｉ）構成例
図３に、ｍ値の画像濃度信号を２値の画像濃度信号に変換する階調変換装置の形態例を示す。
階調変換装置１は、画像バッファメモリ３、スキャンポインタ制御部５、入力値累積加算部７、入力値累積レジスタ９、出力値決定部１１、出力値累積加算部１３、出力値累積レジスタ１５で構成される。
画像バッファメモリ３は、印刷画像に対応する画像濃度信号を一時的に保持する記憶デバイスである。例えば、半導体記憶装置、ハードディスクその他の磁気記憶装置を使用する。なお、画像濃度信号は、各画素の濃度（階調値）を与える信号である。この例の場合、画像濃度信号は、ｍ（ｍは、３以上の自然数）で与えられる。

スキャンポインタ制御部５は、画像濃度信号の読み出し位置（スキャンポインタ）を発生する制御デバイスである。図４に、スキャンポインタの発生例を示す。スキャンポインタ制御部５は、画面全体をスキャン領域としてスキャンポインタを発生する。図４は、１ライン毎に画面２１の左端から右端にスキャンし、１ラインが終わると次のラインに移動するようにスキャンする。図中の矢印は、スキャンポインタのスキャン軌跡を示す。
入力値累積加算部７は、逐次入力される画像濃度信号と後方画素について既に算出された入力累積値Ｐsum とを加算し、新たな入力累積値Ｐsum を生成する処理デバイスである。例えば、加算器で構成する。
なお、入力累積値Ｐsum は、入力値累積レジスタ９と出力値決定部１１に与えられる。この入力累積値Ｐsum は、特許請求の範囲における第１の累積加算値に対応する。

入力値累積レジスタ９は、後方画素について算出された入力累積値Ｐsum を一時的に保持する記憶デバイスである。例えば、半導体記憶装置、ハードディスクその他の磁気記憶装置を使用する。この入力値累積レジスタ９は、入力値累積加算部７と共に、特許請求の範囲における入力信号累積加算部を形成する。
出力値決定部１１は、入力累積値Ｐsum と出力累積値Ｑsum とを比較し、“２５５”と“０”のうちの一方を出力変換値Ｑout
に決定する処理デバイスである。
この形態例の場合、出力値決定部１１は、入力累積値Ｐsum と出力累積値Ｑsum が同じとき、又は、入力累積値Ｐsum
より出力累積値Ｑsum が大きいとき（Ｐsum ≦Ｑsum ）、変換出力値を“０”に決定し、入力累積値Ｐsum より出力累積値Ｑsum が小さいとき（Ｐsum
＞Ｑsum ）、出力変換値を“２５５”に決定する。

出力値累積加算部１３は、逐次入力される出力変換値Ｑout と後方画素について既に算出された出力累積値Ｑsum
とを加算し、新たな出力累積値Ｑsum を生成する処理デバイスである。例えば、加算器で構成する。
なお、出力累積値Ｑsum は、出力値累積レジスタ１５に与えられる。この出力累積値Ｑsum
は、特許請求の範囲における第２の累積加算値に対応する。
出力値累積レジスタ１５は、後方画素について算出された出力累積値Ｑsum を一時的に保持する記憶デバイスである。例えば、半導体記憶装置、ハードディスクその他の磁気記憶装置を使用する。この出力値累積レジスタ１５は、出力値累積加算部１３と共に、特許請求の範囲における出力信号累積加算部を形成する。

（ii）動作例
この階調変換装置１では、以下のように変換動作が進行する。まず、スキャンポインタ制御部５から画像バッファメモリ３にスキャンポインタが与えられる。
これにより、画像バッファメモリ３からは、印刷画像の最初の画素から順番に注目画素Ｐinに至るまでの画像濃度信号が順番に読み出される。画像濃度信号は、“０”から“ｍ−１（＝２５５）”のいずれかの値を階調値に有する。
入力値累積加算部７では、印刷画像の最初の画素から注目画素Ｐinに至るまでｍ値の画像濃度信号の累積値（入力累積値Ｐsum ）が算出される。
これと並行して、出力値累積加算部１３では、印刷画像の最初の画素から注目画素Ｐinに至るまで２値の画像濃度信号の累積値（出力累積値Ｑsum ）が算出される。

出力値判定部１１は、入力累積値Ｐsum と出力累積値Ｑsum が更新されるたびに２つの値を比較し、入力累積値Ｐsum
が出力累積値Ｑsum より大きければ“ｍ−１（＝２５５）”を出力し、それ以外は“０”を出力する。
この決定手法を採用すれば、入力累積値Ｐsum と出力累積値Ｑsum との差、すなわち変換誤差が常に最少になるように変換出力値Ｑout を決定することができる。このため、原画像が有する階調情報は、画像の最後の画素まで保つことができる。
このことは、変換誤差が、後続する１つ又は複数の画素について累積的に保持され、階調変換に反映されるためである。よって、高い階調再現性を実現できる。

（iii）
効果
図５に、階調変換装置１を用いた印刷例を示す。図５（Ａ）は、８０画素×８０画素の正方形パターンが６つ連続した原画像パターンを表している。図５は、正方形パターンの階調値が、その並び順に高くなる場合を表している。図では、階調値を“０”、“１”、“２”、“３”、“４”、“５”で表す。
図５（Ｂ）は、典型的な誤差拡散法を用いた場合の印刷結果である。図に示すように、階調の再現開始が遅れていることが分かる。具体的には、階調値の“２”に対応する位置から階調の再現が開始している。すなわち、階調値の“１”に対応する位置で階調の再現は行われない。この現象が、“掃き寄せ現象”である。
図５（Ｃ）は、階調変換装置１を用いた場合の印刷結果である。図に示すように、階調の再現は、階調値の値に正確に連動している。

このように、階調変換装置１を用いる方法は、誤差拡散法のように拡散マトリクスや誤差バッファメモリが不要である。すなわち、変換誤差のチャージとディスチャージに伴う補正の遅れを考慮する必要がない。
また、変換処理が高速化され、“掃き寄せ現象”や“擬似輪郭”も発生しないため、原画像の画質を忠実に再現することができる。
また、階調変換装置１を用いる方法は、スキャンポインタが画像の両端画素に達した後も、拡散マトリクスの一部が画像からはみ出すことによる変換誤差の切捨てが生じ得ない。すなわち、階調変換装置１を用いる方法は、変換誤差はスキャン上の後続画素にそのまま反映することができる。このように、変換誤差の反映効率の点でも、階調変換装置１を用いる方法は既存の変換方法よりも優れている。

（ｂ）形態例２
（ｉ）構成例
図６に、ｍ値の画像濃度信号をｎ値（ｎは２以上で、ｍより小さい自然数）の画像濃度信号に変換する階調変換装置の形態例を示す。なお、図６には、図３との対応部分に同一符号を付して示す。
階調変換装置３１は、画像バッファメモリ３、スキャンポインタ制御部５、入力値累積加算部７、入力値累積レジスタ９、入出力差分算出部３３、ｎ値化しきい値回路３５、出力値累積加算部１３、出力値累積レジスタ１５で構成される。
この形態例の場合も、基本的な階調変換の原理については、形態例１と同じである。すなわち、入力累積値Ｐsum に出力累積値Ｑsum が追従するように変換出力値を決定する。
ただし、この階調変換装置３１では、入力累積値Ｐsum と出力累積値Ｑsum との差分値をｎ値のしきい値と比較し、ｍ値の画像濃度信号をｎ値の画像濃度信号に変換する。

以下では、階調変換装置３１に特有の構成要素である入出力差分算出部３３とｎ値化しきい値回路３５について説明する。
入出力差分算出部３３は、入力累積値Ｐsum と出力累積値Ｑsum との差分値を算出する処理デバイスである。例えば、減算器で実現する。
なお、差分値は、入力累積値Ｐsum から出力累積値Ｑsum を減算することで求める。ここで、入力累積値Ｐsum には、出力変換値Ｑout に反映されなかった変換誤差が残存している。
従って、算出される差分値には、前方画素で生じた変換誤差の累積値が常に反映される。
ｎ値化しきい値回路３５は、差分値に対応するしきい値を出力変換値として出力する処理デバイスである。例えば、しきい値テーブルで実現する。ｎ値化しきい値回路３５は、差分値とｎ個のしきい値とを比較し、差分値の方が大きいしきい値のうちの最も大きい値を出力変換値に決定する。ｎ値化しきい値回路３５は、特許請求の範囲における“出力階調決定部”に対応する。

（ii）動作例
図７に、ｍ値を５値に階調変換する場合の処理イメージを示す。なお、入力累積値Ｐsum と出力累積値Ｑsum の算出処理は、形態例１と同じである。
図７に示すように、入出力差分算出部３３で算出された差分値は、ｎ値化しきい値回路３５により“０”、“６３”、“１２７”、“１９１”、“２５５”のいずれかに変換される。図７の場合、出力変換値Ｑout は“１２７”である。この変換動作が画素毎に繰り返し実行される。
参考までに、誤差拡散法による処理イメージを図８に示す。誤差拡散法では、画素毎に変換誤差を求める処理は必要となり、算出された変換誤差を保存する誤差バッファが必要となる。
これに対し、階調変換装置３１では、これらの処理が一切不要となっている。このことが、前述した変換動作の速さに通じている。

（iii）効果
この形態例の場合も、形態例１の場合と全く同様に、高い階調再現性と過渡応答遅れの無い変換動作を実現できる。すなわち、“掃き寄せ現象”や“擬似輪郭”の発生するおそれなく、変換誤差を反映した階調再現を実現できる。
図９に、階調変換装置３１を用いて濃度が急変する画像を４値に階調変換した場合の印刷例を示す。誤差拡散法を用いて同じ画像を４値に階調変換した場合の印刷例（図１）とは異なり、濃淡の境目部分にも白枠は発生していないことが確認される。
図１０に、階調変換装置３１を用いて、半球状のグラディエーション画像を５値に階調変換した場合の印刷例を示す。誤差拡散法を用いて同じ画像を５値に階調変換した場合の印刷例（図２）とは異なり、“擬似輪郭”は認められない。

（ｃ）形態例３
前述した２つの形態例は、いずれも自然画像の印刷に対して非常に良好な効果が認められる。ただし、しきい値に近いある一定値を有する平坦な画像濃度信号が連続した場合に、変換誤差を解消するドットの配置が規則性を伴って現れる可能性がある。
例えば、５値への階調変換に際し、しきい値が“０”、“６３”、“１２７”、“１９１”、“２５５”で与えられる場合に、入力画像の全画素が同じ階調値“１２８”を有しているとき、画素毎に値“１”の変換誤差が積み上がっていき、６４画素毎に誤差が解消される。すなわち、６４画素毎に値が“１９１”の出力変換値Ｑout が出力される。
このため、画像サイズが適当な条件を満たすと、周期的に出現する高輝度ドットは特定位置に連続して出現する。図１１に、このような場合の出現例を示す。

このような現象は、限られた場合にのみ現れる。しかし、このような現象は、印刷品質の低下に通じる。
そこで、発明者らは、この周期性を抑制する手法を提案する。
この形態例では、ｎ値化しきい値回路３５に入力される差分値の周期性を乱すことで解決する。
図１２に、ｍ値の画像濃度信号をｎ値（ｎは２以上で、ｍより小さい自然数）の画像濃度信号に変換する階調変換装置の変形例を示す。なお、図１２には、図６との対応部分に同一符号を付して示す。

階調変換装置４１は、画像バッファメモリ３、スキャンポインタ制御部５、入力値累積加算部７、入力値累積レジスタ９、入出力差分算出部３３、ｎ値化しきい値回路３５、出力値累積加算部１３、出力値累積レジスタ１５、周期性抑制部４３で構成される。
図１２に示すように、階調変換装置４１に特有の構成は、周期性抑制部４３のみである。そこで、周期性抑制部４３についてのみ説明する。
周期性抑制部４３は、乱数生成部４３Ａと加算部４３Ｂとで構成する。乱数生成部４３で、入力累積値Ｐsum に重畳する乱数を発生し、加算部４３Ｂで乱数が入力累積値Ｐsum に重畳される。

ここで、乱数は、正値と負値の両方の値を採る。一般に、乱数の最大振幅が小さいほど効果も小さくなり、最大振幅が大きいほど効果も大きくなる。因みに、最大振幅が大きくなると、画像にザラツキ感が現れる。
発明者らの実験結果によると、しきい値間レベルの１／１６ぐらいが適当であった。従って、しきい値間レベルが“６４”であれば、±４の範囲で乱数を発生すると良好な結果を得る。
この結果、形態例１及び２と同じ基本的な効果に加え、同じ階調値が複数画素について連続して現れる場合にも、変換誤差の解消タイミングについて周期性を無くして画質を改善できる。

ところで、乱数の重畳位置は、図１２に限らない。基本的な動作は同じであるため説明は省略するが、図１３に示す階調変換装置５１のように、差分値に乱数を重畳する手法を採用しても良い。
ところで、ｎ値化しきい値回路３５に対する入力信号に乱数を重畳するということは、しきい値の方に重畳するのと同じと考えることができる。
従って、図１４に示す階調変換装置６１のように、ｎ値のしきい値に対して乱数を重畳しても良い。例えば、基本となるｎ個のしきい値に乱数を加えたものを用いて、各画素に対応する出力変換値を決定すれば良い。

（ｄ）形態例４
ここでは、変換誤差をできるだけ変換誤差を発生させた画素の近傍でキャンセルさせる手法を説明する。
前述したように、一般的なラスタースキャンにおいては、横一列に連続する何個かの画素のうち最後の画素において変換誤差がキャンセルされる。例えば、１画素目が発生した変換誤差が横方向ライン上のｎ画素目まで伝播される。
しかし、発明者らが提案する階調変換方法は、前述の通り、変換誤差を重み付けるための拡散マトリクスを使用しない。
従って、スキャンポインタの発生は、必ずしもラスタースキャンである必要はない。

そこで、発明者らは、図１５に示すように、画像全体７１を複数の部分領域７３（特許請求の範囲の“部分領域”に対応する。）に分割し、各部分領域内でスキャンポインタを発生させる方法を提案する。図１５は、画像全体７１を長辺方向にｑ個の部分領域７３に分割し、短辺方向にｐ個の部分領域７３に分割する場合を表している。すなわち、画面全体をｐ×ｑ個の部分領域７３に分割する場合について表している。
なお、個々の部分領域７３は、ｎ画素×ｎ画素で与えられるものとする。このように、画像全体７１を複数の部分領域７３に分割し、画像濃度信号の読み出し位置を与えるスキャンポインタを部分領域７３毎に発生することにより、変換誤差の周期的なキャンセルを水平垂直方向に分散させることができる。

図１６に、このスキャン手法を採用する階調変換装置８１の構成例を示す。なお、図１６も、図６との対応部分に同一符号を付して示している。
階調変換装置８１は、画像バッファメモリ３、スキャンポインタ制御部５、入力値累積加算部７、入力値累積レジスタ９、入出力差分算出部３３、ｎ値化しきい値回路３５、出力値累積加算部１３、出力値累積レジスタ１５、スキャンパターンテーブル８３で構成される。
図１６に示すように、階調変換装置８１に特有の構成は、スキャンパターンテーブル８３のみである。そこで、スキャンパターンテーブル８３についてのみ説明する。

スキャンパターンテーブル８３は、スキャンポインタ制御部５が発生するスキャンパターンを記憶した記憶デバイスである。スキャンパターンの代表例には以下に示すものがある。
（ｉ） 水平折り返し型
（ii） 渦巻き型
（iii） ジグザグ型
（iv） ジグザグ組み合わせ型
（ｖ） ランダム型

水平折り返し型のスキャンパターンを図１７に示す。なお、図１７は、部分領域７３が８画素×８画素の計６４個で構成される場合について表している。図１７に示すスキャンパターンの場合、部分領域７３内を水平方向にスキャンし、その両端位置でスキャン方向を反転する。これにより、変換誤差のキャンセルは、変換誤差を発生した画素と同じ部分領域７３内に現れ易くなる。

渦巻き型のスキャンパターンを図１８に示す。なお、図１８も、部分領域７３が８画素×８画素の計６４個で構成される場合について表している。図１８に示すスキャンパターンの場合、部分領域７３内で水平方向へのスキャンと垂直方向へのスキャンを交互に繰り返しながら領域中心へスキャンする。これにより、変換誤差のキャンセルは、変換誤差を発生した画素と同じ部分領域７３内に現れ易くなる。なお、スキャンは、部分領域７３の中心から外周方向でも良い。

ジグザグ型のスキャンパターンを図１９に示す。なお、図１９も、部分領域７３が８画素×８画素の計６４個で構成される場合について表している。図１９に示すスキャンパターンの場合、部分領域７３内で水平方向へのスキャンと、斜め方向へのスキャンと、垂直方向へのスキャンとが組み合わされる。これにより、変換誤差のキャンセルは、変換誤差を発生した画素と同じ部分領域７３内に現れ易くなる。勿論、スキャンパターンは、これに限らない。

ジグザグ組み合わせ型のスキャンパターンを図２０に示す。なお、図２０も、部分領域７３が８画素×８画素の計６４個で構成される場合について表している。前述した３つのスキャンパターンの場合、スキャンの最終点近くで発生した変換誤差は次の部分領域７３の先頭側に持ち越される。このため、変換誤差の発生位置とその解消位置との距離が長くなる。
そこで、一筆書きの要領で隣会う部分領域間ではそのスキャンの開始位置と終点位置を連続させたのが図２０である。この場合、変換誤差の発生位置とその解消位置との距離は短くなる。

この他、スキャンポインタのスキャン位置を部分領域７３内でランダムに指定しても良い。この場合、スキャンに規則性がないため、部分領域７３内の任意の位置で無作為に変換誤差が解消される。その分、画質の向上が期待できる、なお、部分領域のサイズは小さめの方が良い。
最後に、前述したスキャンパターンを採用した場合の印刷例を示す。図２１は、図１１と同じ階調値で画像濃度信号が入力される場合に、ジグザグ組み合わせ型のスキャンパターンを適用したときの印刷例である。
この場合も、変換誤差の解消は、規則的に発生する。ただし、変換誤差を解消するドットの配置は、画面内の水平方向にも分散されている。これは、平均濃度を表現するにはより良い方向への改善となる。

図２２は、図１１と同じ階調値で画像濃度信号が入力される場合に、ジグザグ組み合わせ型のスキャンパターンを適用し、さらに入力累積値Ｐsum に乱数を重畳したときの印刷例である。
この場合、変換誤差の解消位置の規則性は無くなる。結果的に、変換誤差を解消するドットの配置は、画面内で更に分散されている。このため、平均濃度を表現するにはより良い方向への改善となる。

（Ｂ）搭載例
前述した階調変換装置は、様々な商品形態の画像処理装置にハードウェア・デバイス、又はソフトウェア・プログラムとしても搭載できる。
ここでは、その一例として印刷装置への搭載例を説明する。
図２３に、印刷装置の内部構成例を示す。なお、図２３は、インクジェットプリンタの内部構成例である。従って、レーザープリンタの場合にはヘッド駆動部は不要となる。
印刷装置は、輝度・濃度変換部９１、ガンマ変換部９３、ハーフトーニング部９５、ヘッド駆動部９７で構成される。
輝度・濃度変換部９１は、印刷データを濃度データに変換する処理デバイスである。
印刷データがカラー画像の場合、輝度・濃度変換部９１は、原色データ（ＲＧＢ２４ビット）を印刷処理系の色データ（ＹＭＣＫ３２ビット）に変換する。この変換処理には、既知の技術を使用する。すなわち、ＬＯＧ変換、マスキング処理、ＵＣＲ／ＢＧ処理を適用する。一般には、３次元のルックアップ・テーブルが用いられる。
印刷データがモノクロ画像の場合、輝度・濃度変換部９１は、輝度データを反転して濃度データに変換する。

ガンマ変換部９３は、印刷画像において濃度が直線状に再現されるように濃度データを補正する信号処理部である。印刷装置には、濃度値が大きくなるほど（濃くなるほど）、再現される濃度値が飽和する特性がある。なお、ガンマ特性は、被記録媒体の種類、被記録媒体に対するインクの浸透性、インクの濃度などの組み合わせに応じて定まる。ガンマ変換部９３は、この印刷装置に固有のガンマ特性を逆特性で補正する。
ハーフトーニング部９５は、多値多階調の濃度データの階調数を低減して、ＰＮＭ駆動方式に適したデータ形式に変換する処理である。このハーフトーニング部９５として、前述した実施形態の階調変換装置を適用する。例えば図３に示す構成の階調変換装置を適用する。なお、ハーフトーニング部９５は、階調変換装置から出力されるｎ値のしきい値をｎ発のノズル駆動信号に変換して出力する。
ノズル駆動部９７は、インク滴の吐出動作を制御する処理デバイスである。ノズル駆動部９７は、各色別に与えられるノズル駆動信号に基づいて印刷ヘッドによるインク滴の吐出動作を制御する。
この結果、誤差拡散法に固有の問題として指摘されていた各種の現象（例えば、疑似輪郭、掃き寄せ、テクスチャ）を改善した印刷画像を出力できる。
なお、輝度・濃度変換部９１、ガンマ変換部９３、ハーフトーニング部９５に対応する処理ボードやソフトウェアを画像処理装置に搭載しても良い。

（Ｄ）他の形態例
（ａ）前述の形態例４では、スキャンポインタ制御部５にスキャンパターンテーブル８３を接続した。しかし、スキャンパターンは、演算処理により発生しても良い。
（ｂ）前述の形態例は、いずれもハードウェア（出力値決定部１１及びｎ値化しきい値回路３５）を用いて出力階調値Ｑout を決定した。しかし、各図に示すように、ソフトウェア的に実現しても良い。

（ｃ）前述の実施形態では、画像処理装置の一例として印刷装置について説明した。この画像処理装置には、例えば汎用コンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゲーム機器、携帯情報端末（携帯型のコンピュータ、携帯電話機、携帯型ゲーム機、電子書籍等）、画像再生装置（例えば、光ディスク装置、ホームサーバー）、発明に係る機能を搭載した処理ボードや処理カードが含まれる。また、画像処理機能と印刷機能を搭載した複合機にも適用できる。
（ｄ）前述の実施例には、発明の趣旨の範囲内で様々な変形例が考えられる。また、本明細書の記載に基づいて創作される各種の変形例及び応用例も考えられる。

誤差拡散法を用いる場合の掃き寄せ現象を示す図である。 誤差拡散法を用いる場合に発生する疑似輪郭を示す図である。 階調変換装置の形態例を示す図である。 画面全体を対象としたラスタースキャンを示す図である。 形態例に係る階調変換装置による画質の改善効果を説明する図である。 階調変換装置の他の形態例を示す図である。 形態例に係る階調変換装置の動作原理を示す図である。 誤差拡散法を用いる階調変換装置の動作原理を示す図である。 掃き寄せ現象の解消した印刷例を示す図である。 疑似輪郭の解消した印刷例を示す図である。 変換誤差の解消が周期的に発生する場合の印刷例を示す図である 階調変換装置の他の形態例を示す図である。 階調変換装置の他の形態例を示す図である。 階調変換装置の他の形態例を示す図である。 画面全体を複数の部分領域に分割した様子を示す図である。 階調変換装置の他の形態例を示す図である。 水平折り返し型のスキャンパターンを示す図である。 渦巻き型のスキャンパターンを示す図である。 ジグザグ型のスキャンパターンを示す図である。 ジグザグ組み合わせ型のスキャンパターンを示す図である。 ジグザグ組み合わせ型のスキャンパターンを適用したときの印刷例である。 ジグザグ組み合わせ型のスキャンパターンと乱数による攪乱を組み合わせて適用したときの印刷例である。 印刷装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１、３１、４１、５１、６１、８１ 階調変換装置
３ 画像バッファメモリ
５ スキャンポインタ制御部
７ 入力値累積加算部
９ 入力値累積レジスタ
１１ 出力値決定部
１３ 出力値累積加算部
１５ 出力値累積レジスタ
３３ 入出力差分算出部
３５ ｎ値化しきい値回路
４３ 周期性抑制部
４３Ａ 乱数生成部
４３Ｂ 加算部
８３ スキャンパターンテーブル
９１ 輝度・濃度変換部
９３ ガンマ変換部
９５ ハーフトーニング部
９７ ヘッド駆動部

Claims (13)

1. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号を２値の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置であって、
   逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する入力信号累積加算部と、
   変換出力である２値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する出力信号累積加算部と、
   第１の累積加算値と第２の累積加算値が同じとき、又は、第１の累積加算値より第２の累積加算値が大きいとき、２値のうち小さい方の値を変換出力値に決定し、第１の累積加算値より第２の累積加算値が小さいとき、２値のうち大きい方の値を出力変換値に決定する出力階調決定部と
   を有することを特徴とする階調変換装置。
2. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号をｎ値（ｎは、ｍより小さい自然数）の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置であって、
   逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する入力信号累積加算部と、
   変換出力であるｎ値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する出力信号累積加算部と、
   第１の累積加算値と第２の累積加算値との差分値を算出する差分算出部と、
   算出された差分値とｎ値のしきい値とを比較し、比較結果に対応するしきい値を出力変換値に決定する出力階調決定部と
   を有することを特徴とする階調変換装置。
3. 請求項１又は２に記載の階調変換装置において、
   前記ｍ値の画像濃度信号は、入力画像の分割領域である部分領域毎に読み出される
   ことを特徴とする階調変換装置。
4. 請求項２に記載の階調変換装置は、
   しきい値間レベルの数分の１の振幅を有する乱数を生成する乱数生成部と、
   生成された乱数を前記第１の累積加算値又は前記差分値に加算する加算部と
   を有することを特徴とする階調変換装置。
5. 請求項２に記載の階調変換装置は、
   しきい値間レベルの数分の１の振幅を有する乱数を生成する乱数生成部と、
   生成された乱数を、差分値と比較するｎ値の各しきい値に加算する加算部と
   を有することを特徴とする階調変換装置。
6. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号を２値の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置を搭載する画像処理装置において、
   前記階調変換装置が、
   逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する入力信号累積加算部と、
   変換出力である２値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する出力信号累積加算部と、
   第１の累積加算値と第２の累積加算値が同じとき、又は、第１の累積加算値より第２の累積加算値が大きいとき、２値のうち小さい方の値を変換出力値に決定し、第１の累積加算値より第２の累積加算値が小さいとき、２値のうち大きい方の値を出力変換値に決定する出力階調決定部と
   を有することを特徴とする画像処理装置。
7. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号をｎ値（ｎは、ｍより小さい自然数）の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置を搭載する画像処理装置において、
   前記階調変換装置が、
   逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する入力信号累積加算部と、
   変換出力であるｎ値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する出力信号累積加算部と、
   第１の累積加算値と第２の累積加算値との差分値を算出する差分算出部と、
   算出された差分値とｎ値のしきい値とを比較し、比較結果に対応するしきい値を出力変換値に決定する出力階調決定部と
   を有することを特徴とする画像処理装置。
8. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号を２値の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置を搭載する印刷装置において、
   前記階調変換装置が、
   逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する入力信号累積加算部と、
   変換出力である２値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する出力信号累積加算部と、
   第１の累積加算値と第２の累積加算値が同じとき、又は、第１の累積加算値より第２の累積加算値が大きいとき、２値のうち小さい方の値を変換出力値に決定し、第１の累積加算値より第２の累積加算値が小さいとき、２値のうち大きい方の値を出力変換値に決定する出力階調決定部と
   を有することを特徴とする印刷装置。
9. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号をｎ値（ｎは、ｍより小さい自然数）の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置を搭載する印刷装置において、
   前記階調変換装置が、
   逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する入力信号累積加算部と、
   変換出力であるｎ値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する出力信号累積加算部と、
   第１の累積加算値と第２の累積加算値との差分値を算出する差分算出部と、
   算出された差分値とｎ値のしきい値とを比較し、比較結果に対応するしきい値を出力変換値に決定する出力階調決定部と
   を有することを特徴とする印刷装置。
10. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号を２値の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換方法であって、
    逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する処理と、
    変換出力である２値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する処理と、
    第１の累積加算値と第２の累積加算値が同じとき、又は、第１の累積加算値より第２の累積加算値が大きいとき、２値のうち小さい方の値を変換出力値に決定し、第１の累積加算値より第２の累積加算値が小さいとき、２値のうち大きい方の値を出力変換値に決定する処理と
    を有することを特徴とする階調変換方法。
11. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号をｎ値（ｎは、ｍより小さい自然数）の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換方法において、
    逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する処理と、
    変換出力であるｎ値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する処理と、
    第１の累積加算値と第２の累積加算値との差分値を算出する処理と、
    算出された差分値とｎ値のしきい値とを比較し、比較結果に対応するしきい値を出力変換値に決定する処理と
    を有することを特徴とする階調変換方法。
12. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号を２値の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置として機能するコンピュータに、
    逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する処理と、
    変換出力である２値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する処理と、
    第１の累積加算値と第２の累積加算値が同じとき、又は、第１の累積加算値より第２の累積加算値が大きいとき、２値のうち小さい方の値を変換出力値に決定し、第１の累積加算値より第２の累積加算値が小さいとき、２値のうち大きい方の値を出力変換値に決定する処理と
    を実行させることを特徴とするプログラム。
13. ｍ値（ｍは、自然数）の階調を有する画像濃度信号をｎ値（ｎは、ｍより小さい自然数）の階調を有する画像濃度信号に変換する階調変換装置として機能するコンピュータに、
    逐次入力されるｍ値の画像濃度信号を累積加算して第１の累積加算値を生成する処理と、
    変換出力であるｎ値の画像濃度信号を累積加算して第２の累積加算値を生成する処理と、
    第１の累積加算値と第２の累積加算値との差分値を算出する処理と、
    算出された差分値とｎ値のしきい値とを比較し、比較結果に対応するしきい値を出力変換値に決定する処理と
    を実行させることを特徴とするプログラム。