JP2010244098A - 画像処理装置、印刷システム、画像処理方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】画像データへの誤差拡散によるハーフトーン処理を効率よく並列実行する画像処理装置、印刷システム、画像処理方法およびプログラムを提供する。
【解決手段】画像データ１００を互いに一部のデータを重複させて複数の領域１０１〜１０４に分割し、この複数の領域１０１〜１０４のそれぞれに対するハーフトーン処理を並列に実行し、得られたハーフトーン処理結果について、重複する部分１１２〜１１４のハーフトーン処理結果については一方を捨て、他方を生かして互いに結合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像処理装置、印刷システム、画像処理方法およびプログラムに関する。

画像データに対して誤差拡散によるハーフトーン処理を行う際に、大きな画像を、できるだけ効率的かつ比較的簡易な方法で処理することが望まれている。特に商業産業系の印刷用途などの分野では、ある程度リソースが必要でも、より高速な処理が求められている。近年のパーソナルコンピュータ環境（ＣＰＵ性能、ＲＡＭ容量など）の進歩に伴い、並列処理によりハーフトーン処理を高速化することも考えられているが、現状では、その要望に十分に応えられているとはいえない。

画像データを効率的に処理する技術として、特許文献１には、領域を分割して誤差拡散を行う際に、オーバーラップ領域を設け、接合部近接領域の誤差に関与する領域に限定して、最小限の領域で誤差拡散処理を行うことが開示されている。ただし、特許文献１に開示の技術は、演算処理時間を短縮するため、オーバーラップ領域内に非演処理領域を設けるものである。また、特許文献２、３にはそれぞれ、領域を分割して誤差拡散を行うことが開示されている。ただし、特許文献２、３にそれぞれ開示の技術では、領域分割数が限定され、誤差拡散の方法が制限され、なおかつ、分割された領域に対する処理が領域により少し異なるものとなってしまう。特許文献４、５にはそれぞれ、色変換テーブルを切り替えて、領域を分割して誤差拡散することが開示されている。しかし、高速並列処理を意図したものではない。

特開平９−２８４５４３号公報 特開２００５−１１７６１７号公報 特開２００５−３１８６６１号公報 特開２００７−１４２７９７号公報 特開２００７−１４２７９８号公報

商業産業系の印刷分野でデジタル印刷を利用する場合には、印刷用紙サイズが大きく、したがって印刷データも大きくなる。また、印刷速度についても、Ａ４相当で毎分百数十枚という高速性が要求される。印刷の品質についても、従来のアナログ印刷と同等以上が求められる。ただし、従来のコンシューマー系の写真画質までは求められない。印刷コントローラーとしては、専用のパーソナルコンピューターを用いることが多く、ある程度の性能の高いものが想定される。このような想定の下では、特許文献１〜５開示の技術を採用しても、要求には十分に応えることができない。

本発明は、上述の課題に対応するもので、誤差拡散のハーフトーン処理を効率よく並列実行する画像処理装置、印刷シテスム、画像処理方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によると、画像データに誤差拡散によるハーフトーン処理を施す画像処理装置において、画像データを互いに一部のデータを重複させて複数の領域に分割する画像分割部と、複数の領域のそれぞれに対するハーフトーン処理を並列に実行する並列処理部と、この並列処理部により得られるハーフトーン処理結果について、重複する部分については一方を捨て、他方を生かして互いに結合する結合部とを有することを特徴とする画像処理装置が提供される。

この画像処理装置では、画像データを分割して並列に処理し、ある領域と連続的な次の領域とを同時にハーフトーン処理する。このとき、画像を単純に分割するだけでは、連続的な領域間での誤差の伝播は困難である。一方、領域間の誤差伝播を行わないと、ハーフトーン処理出力の各領域のつなぎ目に濃度差が生じてしまう。そこで、領域間で一部のデータを重複させ、それを誤差伝播のためだけにハーフトーン処理する。これにより、各領域については並列にハーフトーン処理を行うことができるとともに、領域間で誤差を伝播させることができ、誤差拡散のハーフトーン処理を効率よく並列実行することができる。

結合部は、並列処理部により得られるハーフトーン処理結果を、画像分割部により分割された最初の領域についての処理結果はそのまま、それ以降の領域についての処理結果は、その前の領域と重複する部分のデータに関するハーフトーン処理の結果を除いて、互いに結合する。

画像分割部は、画像データをラスター方向と垂直の方向で分割することが望ましい。このように分割すると、分割された各領域に対するハーフトーン処理をすべて同一の処理とすることができる。これにより、並列化が容易になるとともに、処理が単純化され、効率的な並列処理が可能となる。

重複の幅は、ひとつの処理単位から次の処理単位へ誤差が伝播する最大割合をｒとし、とりうる累積誤差の最大値をＥｘとするとき、Ｅｘ×ｒⁿ＜１となる最小の整数ｎを基準として設定されることが望ましい。重複の幅をｎ×処理単位とすると、その幅より前のデータによる誤差の影響をほとんど受けることがない。処理効率向上のため、重複の幅をｎ×処理単位より小さくすることもできる。実用的には、重複の幅をｎ×処理単位より７割程度まで小さくしても、画質の低下はあまりない。

以上説明した本願の第１の観点による画像処理装置は、印刷装置と組み合わせ、印刷システムを構成することができる。印刷装置は、画像処理装置の結合部からの出力に基づいて、印刷を実行する。

本発明の別の観点によると、画像データに誤差拡散によるハーフトーン処理を施す画像処理方法において、画像データを互いに一部のデータを重複させて複数の領域に分割し、複数の領域のそれぞれに対するハーフトーン処理を実行し、得られたハーフトーン処理結果について、重複する部分のハーフトーン処理結果については一方を捨て、他方を生かして互いに結合することを特徴とする画像処理方法が提供される。

本発明のさらに別の観点によると、コンピュータに、画像データを互いに一部のデータを重複させて複数の領域に分割する処理と、複数の領域のそれぞれに対するハーフトーン処理を並列に実行する並列処理と、この並列処理により得られるハーフトーン処理結果について、重複する部分については一方を捨て、他方を生かして互いに結合する処理とを実行させるプログラムが提供される。

図１は本発明の実施の形態に係る画像処理装置および印刷システムのブロック構成図である。 図１に示す画像処理装置内のハーフトーン処理部による処理の流れを示すフローチャートである。 図１に示す画像処理装置内の画像分割部における画像データの分割を説明する図である。 誤差拡散によるハーフトーン処理における誤差の伝播を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

［システム構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る画像処理装置１０と、その周辺装置である入出力装置２０、表示装置３０および印刷装置４０とを有するシステムのブロック構成図である。ここでは、画像処理装置１０は一般的なパーソナルコンピュータにより実現され、この画像処理装置１０とその周辺装置、特に印刷装置４０により、印刷システムを構成する場合を例に説明する。

画像処理装置１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メインメモリ、ハードディスクドライブおよび各種インターフェース等のハードウェアを有するパーソナルコンピュータである。図１では、画像処理装置１０のハードウェアについては省略し、これらのハードウェアにより実現される機能ブロックのみを示す。すなわち、画像処理装置１０は、所定のオペレーティングシステムの下で実行されるアプリケーションプログラム１１、ビデオドライバー１２およびプリンタードライバー１３の各機能ブロックを有する。

アプリケーションプログラム１１は、入出力装置２０から入力される各種データの処理や各種の制御を実行する。ビデオドライバー１２は、アプリケーションプログラム１１からの指示により、表示装置３０に、画像や文字、映像、ユーザインタフェース等の各種情報などを表示させる。プリンタードライバー１３は、アプリケーションプログラム１１からの指示により、印刷装置４０で画像や文字を印刷するための処理を行う。

プリンタードライバー１３についてさらに詳しく説明する。このプリンタードライバー１３は、画像入力部１４と、色変換部１５と、ハーフトーン処理部１６とを有する。画像入力部１４には、アプリケーションプログラム１１から、画像データが入力される。色変換部１５は、入力されたＲＧＢ（赤、緑、青）表色系の画像データを、印刷装置４０で処理できるＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、黒）の画像データに変換する。ハーフトーン処理部１５は、色変換処理で得られた画像データを印刷装置４０が用いる個々のインクの印刷パターンに変換するハーフトーン処理を誤差拡散により実行する。

ハーフトーン処理部１６は、画像データ１００を互いに一部のデータを重複させて複数の領域に分割する画像分割部１７と、複数の領域のそれぞれに対するハーフトーン処理を並列に実行する並列処理部１８と、この並列処理部１８により得られるハーフトーン処理結果について、重複する部分については一方を捨て、他方を生かして互いに結合する結合部１９とを有する。結合部は、具体的には、画像分割部により分割された最初の領域についてのハーフトーン処理結果はそのまま、それ以降の領域についてのハーフトーン処理結果は、その前の領域と重複する部分（これをダミー領域という）のデータに関するハーフトーン処理結果を除いて、互いに結合する。なお、ハーフトーン処理と結合についての詳細は後述する。

［動作の詳しい説明]
図２は、図１に示す画像処理装置１０内のハーフトーン処理部１６による処理の流れを示すフローチャートである。１画像分の画像データ１００に対し、画像分割部１７は、画像データ１００のラスター方向と垂直方向に、画像データ１００を複数の領域＃１〜＃４（図１参照）に分割する（ステップＳ１）。次に画像分割部１７は、各分割領域＃１〜＃４をハーフトーン処理対象領域として、それぞれの処理を並列処理部１８内の各スレッド＃１〜＃４に割り当てる（ステップＳ２）。並列処理部１８内の各スレッド＃１〜＃４では、割り当てられた領域をハーフトーン処理する（ステップＳ３）。結合部１９は、並列処理部１８によるハーフトーン処理結果から、ダミー領域の処理結果を除いて結合する（ステップＳ４）。これにより、１画像分のハーフトーン出力が得られる。この出力は、印刷装置４０に供給される。

図３は、図１に示す画像処理装置１０内の画像分割部１７における画像データ１００の分割を説明する図である。画像分割部１７では、画像データ１００を、単純な短冊状に、互いに一部のデータを重複させて複数の領域＃１〜＃４に相当する領域１０１〜１０４に分割する。分割された領域１０１〜１０４がハーフトーン処理の対象となる。また、２番目以降の領域１０２〜１０４の、それぞれ前の領域１０１〜１０３と重複する部分、すなわち最初の数ラスターが、ダミー領域１１２〜１１４となる。画像データ１００の最上部および最下部には当然、ダミー領域は不要である。並列処理部１８では、先頭の領域１００を除くすべての領域１０２〜１０３に対して、ダミー領域１１２〜１１４を誤差伝播のためだけにハーフトーン処理を行う。ダミー領域１１２〜１１４のハーフトーン処理結果については、出力せずに捨てる。すなわち、重複する部分のハーフトーン処理結果は、その部分より上の領域のものとして採用する。重複する部分に続く領域のハーフトーン処理結果については、重複する部分より下の分だけ採用する。この結果、図３に示すように、採用されるハーフトーン処理結果分としては、採用領域１２１〜１２４となる。

図３に示すように画像データ１００を分割することで、分割された各領域１０１〜１０４に対するハーフトーン処理がすべて同一の処理となり、並列化の実施が容易になるとともに、処理が単純化され、効率的な並列処理が可能となる。また、重複する部分を設け、その部分から誤差バッファを初期化してハーフトーン処理を開始することで、領域１０１〜１０４における誤差の依存性をなくすことができる。これにより、実行順序を考慮しなくてすむため、並列処理の制御、特に同期処理が簡略化され、並列化の実行効率が極めて高くなる。

［重複する部分の幅］
図４は、誤差拡散によるハーフトーン処理における誤差の伝播を説明する図である。誤差拡散処理を行う場合、２値化処理の処理単位である２×２画素の直下に誤差が伝播する。この誤差が最大となるときのインク量に占める誤差の割合を求める。各画素のインク量が最大Ｎであるとすると、４画素で４Ｎとなる。これが累積誤差の最大値Ｅｘとなる。ここで、インク量に関わらず、ドットは発生しないものとする。また、左右の画素からの誤差の影響は考慮しない。誤差伝播量は、ドットが発生しない場合の最大量とする。この条件で、直下の２×２画素へ誤差として伝播する誤差の最大割合をｒとする。したがって、最初の２ラスターから次の２ラスターへはＥｘ×ｒ、さらに次の２ラスターへはＥｘ×ｒ2が伝播する。このようにし、伝播する値Ｅｘ×ｒⁿ が整数値より小さくなると、誤差の影響がないと判断できる。そこで、Ｅｘ×ｒⁿ ＜１となる最小の整数ｎを基準として設定する。ここでは誤差伝播の処理単位を２ラスターとしているため、幅がｎとは、２ｎラスターという意味である。重複の幅を「ｎ×処理単位」より大きくすることで、さらに画質を高めることもできると考えられる。一方、実用的には、重複の幅を「ｎ×処理単位」より小さくしても、画質の低下は小さいと考えられる。

たとえば、インク量Ｎ＝４０８０、誤差の最大割合ｒ＝４１％とすると、最大値Ｅｘ＝１６３２０であり、Ｅｘ×ｒ¹⁰＝２．２、Ｅｘ×ｒ¹¹＝０．９となって、最小の整数ｎは１１となる。よって、幅は２×１１＝２２ラスターとなる。経験的には、１４ラスター程度でも十分な画質が得られている。

［利用形態］
以上説明した実施の形態において、結合部１９で得られるハーフトーン処理結果は、並列処理を行わない場合の結果と厳密に一致するわけではない。このため、ハーフトーン処理結果に厳密性が求められる場合には、不十分となる可能性がある。しかし、商業産業系の印刷分野などでは、コンシューマー系の写真画質まで求められるわけではない。したがって、ここで説明する処理で十分に画質が確保されると判断される用途であれば、大きな画像データを高速に処理することが可能となる。
［他の実施の形態］

以上の説明では、分割された領域１０１〜１０４をすべて同時に並列処理するものとして説明したが、これらの領域１０１〜１０４には処理順序などの依存関係がないので、処理できるものから順次処理してもよい。すなわち、それぞれの領域を、使用可能なスレッドに同期処理なしに次々に割り当てることもできる。これにより、並列処理の効率を格段に向上させることができる。従来は、領域を分割しても、誤差を伝播させる必要性から、処理順序に制約があって同期処理が必要になっていたため、並列処理の効果が薄くなっていた。これに対して上述した実施の形態では、処理順序の制約がなく、必要な同期処理は、分割されたすべての領域についてハーフトーン処理が完了したかどうかのチェックのみである。

以上の実施の形態において、画像データ１００を領域１０１〜１０４に分割する分割数は、画像処理装置１０として用いるパーソナルコンピュータで使用可能なスレッド数に応じて決定することができる。また、使用可能なメモリ容量に応じて、分割される領域１０１〜１０４の最大サイズを決めることもできる。メモリ容量に応じて最大サイズを決めると、分割数をスレッド数より大きくする必要がある場合がある。そのような場合でも、同時にすべての領域を処理することはできないが、使用可能なスレッドで順次処理することで、ある程度の高速処理が可能となる。

画像データ１００の分割方法としては、ラスター方向と垂直の方向で分割することが、並列処理の観点からは最も望ましいが、ラスター方向と平行な方向で分割するような分割でも、同様に処理することができる。

以上の説明において、印刷処理装置１０として、パーソナルコンピュータを利用するものとして説明した。すなわち、印刷処理装置１０は、汎用のコンピュータに、画像データを互いに一部のデータを重複させて複数の領域１０１〜１０４に分割する処理と、複数の領域１０１〜１０４のそれぞれに対するハーフトーン処理を並列に実行する並列処理と、この並列処理により得られるハーフトーン処理結果から、分割する処理により分割された最初の領域についての処理結果はそのまま、それ以降の領域についての処理結果は、その前の領域と重複する部分のデータに関するハーフトーン処理の結果を除いて互いに結合する処理とを実行させるプログラムをインストールすることにより、実現することができる。

１０ 印刷処理装置、１１ アプリケーションプログラム、１２ ビデオドライバー、１３ プリンタードライバー、１４ 画像入力部、１５ 色変換部、１６ ハーフトーン処理部、１７ 画像分割部、１８ 並列処理部、１９ 結合部、２０ 入出力装置、３０ 表示装置、４０ 印刷装置

Claims (7)

1. 画像データに誤差拡散によるハーフトーン処理を施す画像処理装置において、
   上記画像データを互いに一部のデータを重複させて複数の領域に分割する画像分割部と、
   上記複数の領域のそれぞれに対するハーフトーン処理を並列に実行する並列処理部と、
   この並列処理部により得られるハーフトーン処理結果について、上記重複する部分については一方を捨て、他方を生かして互いに結合する結合部と
   を有することを特徴とする画像処理装置。
2. 請求項１記載の画像処理装置において、
   前記結合部は、前記画像分割部により分割された最初の領域についてのハーフトーン処理結果はそのまま、それ以降の領域についてのハーフトーン処理結果は、その前の領域と重複する部分のデータに関するハーフトーン処理の結果を除いて、互いに結合する、
   ことを特徴とする画像処理装置。
3. 請求項１または２記載の画像処理装置において、前記画像分割部は、前記画像データをラスター方向と垂直の方向で分割することを特徴とする画像処理装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の画像処理装置において、前記重複の幅は、ひとつの処理単位から次の処理単位へ誤差が伝播する最大割合をｒとし、とりうる累積誤差の最大値をＥｘとするとき、Ｅｘ×ｒⁿ＜１となる最小の整数ｎを基準として設定されることを特徴とする画像処理装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の画像処理装置と、この画像処理装置の前記結合部からの出力に基づいて印刷を実行する印刷装置とを有することを特徴とする印刷システム。
6. 画像データに誤差拡散によるハーフトーン処理を施す画像処理方法において、
   上記画像データを互いに一部のデータを重複させて複数の領域に分割し、
   上記複数の領域のそれぞれに対するハーフトーン処理を実行し、
   得られたハーフトーン処理結果について、上記重複する部分のハーフトーン処理結果については一方を捨て、他方を生かして互いに結合する結合部と
   ことを特徴とする画像処理方法。
7. コンピュータに、
   画像データを互いに一部のデータを重複させて複数の領域に分割する処理と、
   上記複数の領域のそれぞれに対するハーフトーン処理を並列に実行する並列処理と、
   この並列処理により得られるハーフトーン処理結果について、上記重複する部分については一方を捨て、他方を生かして互いに結合する処理と
   を実行させるプログラム。

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