JP2010245899A - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複雑な処理を追加する必要なく、ディザ法や誤差拡散法の欠点を除去し、画質劣化を抑制可能な画像処理装置を提供する。
【解決手段】入力画像に対して擬似中間調処理を行うために複数の擬似中間調処理手段104,105を設け、前記入力画像の濃度を前記擬似中間調処理手段104,105に分配した後、分配した濃度毎に複数のハーフトーン処理を行い、これらの処理結果を混合して最終的な出力を得るようにすることにより、高解像度な出力画像を得ること、及びモアレ現象や粒状性ノイズが目立たない画像処理を行うことができるようにする。
【選択図】図1

Description

本発明は画像処理装置及び画像処理方法に関し、特に、画像データに中間調処理を行う画像処理装置に用いて好適な技術に関する。
レーザービームプリンタ等のデジタルプリンタから、デジタル化した画像データを出力して画像を再現するデジタル複写装置等のデジタル画像処理装置が実用化されている。このようなデジタル画像処理装置は、デジタル機器の発展により従来のアナログ画像処理装置に代わり広く普及している。このデジタル画像処理装置は、中間調を再現するため、ディザ法等のハーフトーン処理を行うことにより、白色と黒色との中間の階調再現を行う方法が一般に採用されている。
ディザ法による階調再現は、平坦部のように高周波成分が少ない部分においては良好である。しかし、文字・細線部においてはジャギーと呼ばれる途切れが発生する、ディザの持つ周期が入力画像に含まれる高周波成分(特に、ディザの周期に近い周期的パターン)と干渉し、モアレ現象と呼ばれる周期的な縞模様が発生するという欠点があった。
これに対し、ディザ法以外の階調再現手法として誤差拡散法がある。この誤差拡散法は入力画像データの画素濃度と出力画素濃度との画素毎の濃度差(量子化誤差)を演算する。そして、この演算結果である量子化誤差を特定の重みづけを施した後に、注目画素の周辺画素に拡散させていく方法である(例えば、非特許文献1を参照)。
この方法には周期性がなく、高解像度な出力画像を得られるため、モアレ現象や、文字・細線部のジャギーが発生しない利点を有している。しかし、この誤差拡散法には、出力画像に独特な縞パターン(テクスチャ)が生じる、電子写真においては画像のハイライト部やダーク部での粒状性ノイズが目立つ等の欠点があった。
ディザ法や誤差拡散法の欠点を除去し、高品位に且つ精細に画像を再現する方法として、入力画像に対して、ディザ法と誤差拡散法により階調再現を行い、画像の種類に基づいて、処理を切り替えて出力する方法がある(例えば、特許文献1を参照)。
特登録02621865号公報
"An Adaptive Algorithm for Spatial Gray Scale"in society for Information Display 1975 Symposium Digest of Technical Papers,1975,36
しかしながら、特許文献1のように閾値によって、ディザ処理と誤差拡散処理を切り替える処理では、画像データのわずかな濃度変動によって、境界付近(判定値は閾値近傍となる部分)にて処理が頻繁に切り替わることがあり、画質劣化の原因となっていた。また、処理の切り替え部にてドット構造が極端に変わるため、特に自然画においては違和感のある場合もあった。
この問題は適切な閾値を設定することで対応できるが、任意の画像の全てに対して適切な閾値を設定することは非常に困難であり、複雑な処理を追加する必要があった。
本発明は前述の問題点に鑑み、複雑な処理を追加する必要なく、ディザ法や誤差拡散法の欠点を除去し、画質劣化を抑制可能な画像処理装置を提供できるようにすることを目的とする。
本発明の画像処理装置は、入力画像に対して擬似中間調処理を行う擬似中間調処理手段を複数有する画像処理装置であって、前記入力画像のデータを解析する解析手段と、前記解析手段の解析結果に応じて、前記入力画像の濃度値を前記擬似中間調処理手段に分配する濃度分配手段と、前記濃度分配手段により分配された濃度値を擬似中間調処理する第1の擬似中間調処理手段と、前記入力画像の濃度値と前記第1の擬似中間調処理手段の出力濃度値との差分を抽出する濃度差分検出手段と、前記濃度差分検出手段の出力を擬似中間調処理する第2の擬似中間調処理手段と、前記第1の擬似中間調処理手段及び第2の擬似中間調処理手段の出力を混合する混合手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、複雑な処理を追加することなく、ディザ法や誤差拡散法の欠点を除去することができ、画質劣化を抑制可能な画像処理装置を提供することができる。
第1の実施形態に係る画像処理装置の構成を説明するブロック図である。 第2の実施形態に係る画像処理装置の構成を説明するブロック図である。 第3の実施形態に係る画像処理装置の構成を説明するブロック図である。 第1の実施形態に係る処理手順の一例を説明するフローチャートである。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態における画像処理装置の構成例を説明するブロック図である。
図1中、101は本実施形態の画像処理装置、102は分配率決定部、103は濃度分配部、104は第1のハーフトーン処理部(第1の擬似中間調処理手段)である。また、105は第2のハーフトーン処理部(第2の擬似中間調処理手段)、106は混合処理部、107はプリンタである。第1のハーフトーン処理部104及び第2のハーフトーン処理部105は、入力画像に対して擬似中間調処理を行うためのものであり、本実施形態においては複数有する構成にしている。
次に、各構成要素について詳細に説明していく。
不図示の外部装置(例えば、コンピュータ装置やコントローラ、原稿読み取り装置)等から受信した入力画像データは、分配率決定部102と濃度分配部103にそれぞれ入力される。
分配率決定部102は、入力画像データの解析を行い、解析結果に基づいて分配率を決定する。分配率をaとした時、分配率aは0≦a≦1を満たす値である。分配率の決定方法は、本実施形態では特に規定しないが、周波数解析をする方法、ダイナミックレンジを調べる方法、エッジを検出する方法、モアレを検出する方法などが挙げられる。その中から一例として次に記すように、入力画像のダイナミックレンジを算出し、その値に応じた分配率を決定する方法を説明する。
まず、分配率決定部102において、入力画像データを解析する。この解析は、入力画像データを内部に備えているバッファ(図示せず)に格納していく。次に、3×3画素の領域を順次参照していき、ダイナミックレンジR(=最大値−最小値)を算出する。
次に、算出したダイナミックレンジRをインデックス値として、予め用意したLUT(Look up Table:入力輝度に対する出力輝度の割当テーブル)を参照して分配率aを生成して出力する。もちろん、ダイナミックレンジRから分配率への変換はLUTを参照する方式に限ることはなく、関数により分配率を生成し、その関数の論理回路を実装する方式にしてもよい。
次に、濃度分配部103はハーフトーン処理を行う第1及び第2のハーフトーン処理部104,105に対して、分配率決定部102から入力された分配率に従って濃度分配を行う。ここで、第1のハーフトーン処理部104に入力される濃度データをC1、第2のハーフトーン処理部105に入力される濃度データをC2とした時、入力画像データD、分配率aを用いてC1とC2は以下の式で表すことができる。
C1=D*a
C2=D*(1−a)
例えば、入力画像データDの値が100で、入力された分配率が0.88である場合、第1のハーフトーン処理部104には濃度データとして88が入力される。また、第2のハーフトーン処理部105には濃度データとして12がそれぞれ入力される。
次に、第1及び第2のハーフトーン処理部104,105において、濃度分配部103により分配された濃度データを入力としてハーフトーン処理を行う。ここで、2つのハーフトーンの出力が8ビットであるとすると、出力は「0以上255以下」の値となる。後続する混合処理部106が、第1及び第2のハーフトーン処理部104,105からの出力を単純に加算して出力する構成とした場合、最終的な出力は「0以上510以下」の値となる。このため、後続に接続したプリンタ107が8ビットの入力レンジを持つと仮定した場合にオーバーフローとなってしまう可能性がある。
そこで、本実施形態においては、第1及び第2のハーフトーン処理部104,105の出力をプリンタ107の入力のレンジに合わせるために、2つのハーフトーン処理部104,105の出力レンジに制限を設けている。これにより、最終的な出力レンジとプリンタ107の入力レンジとを一致させるようにしている。
第1のハーフトーン処理部104は、入力された濃度データC1に対してハーフトーン処理を行う。第1の実施形態では、濃度分配部103の濃度分配率によりハーフトーンの出力の最大値をa倍に制限して、出力レンジが「0以上255a以下」となるようにする。例として、第1のハーフトーン処理部104として2値のディザ処理を用いた場合の手順について説明する。
まず、分配率aで分配された後の濃度データC1が入力される。次に、予め用意した閾値マトリクスの、入力された濃度データに対応する位置の値に分配率aを乗じて新たな閾値を得る。最後に、濃度データと得られた新たな閾値とを比較し、濃度データが閾値以上であれば255aを出力し、閾値未満であれば0を出力する。ここでは、出力が2値のディザについて説明したが、多値のディザの場合でも同様の手順で実現が可能である。
次に、ハーフトーンとして2値の誤差拡散を用いた場合の手順も説明する。
まず、前述のディザと同様に分配率aで分配された後の濃度データC1が入力される。次に、設定した閾値をa倍して新たな閾値を算出する。もし、画素ごとに閾値を変動させる方式の誤差拡散を使用する場合は、その変動した閾値をa倍して新たな閾値とすればよい。次に、入力された濃度データC1と処理済の周辺画素から拡散されてきた誤差の和をとり、算出した閾値と比較して閾値以上であれば255aを出力し、閾値以下であれば0を出力する。ここでは2値の誤差拡散処理について説明したが、ディザと同様に多値の誤差拡散処理を行ってもよい。
第2のハーフトーン処理部105では、第1のハーフトーン処理部104の説明において、入力される濃度データをC1からC2へ、分配率aと記載した個所を分配率(1−a)へ読み替えて、同様の処理を行う。
第1及び第2のハーフトーン処理部104,105で行われるハーフトーン処理の種類は本実施形態では特に規定しない。例として、第1のハーフトーン処理部104としてディザを、第2のハーフトーン処理部105として誤差拡散を用いる構成が挙げられる。また、第1のハーフトーン処理部104として低線数のディザを、第2のハーフトーン処理部105として高線数のディザを用いる構成などが挙げられる。
前記の2つの例の場合、分配率決定部102で算出したレンジRの値が小さい時は第1のハーフトーン処理部104への分配率を高く、第2のハーフトーン処理部105への分配率を低くするようなLUTを設計する。一方、レンジRの値が大きい時は第2のハーフトーン処理部105への分配率を高く、第1のハーフトーン処理部104への分配率を低くするようなLUTを設計する。
混合処理部106は、入力された2つの濃度データを加算して出力する。本実施形態では第1のハーフトーン処理部104からの出力は、「0以上255a以下」であり、第2のハーフトーン処理部105からの出力は、「0以上255(1−a)以下」である。よって、単純に加算すれば混合処理部106の出力は、「0以上255以下」となり、後段のプリンタ107の入力レンジが8ビットであればレンジが一致し、入力が可能となる。
プリンタ107では、例えばレーザービームプリンタでは、入力されたデータに従って、各画素のレーザー照射時間を決定して画像形成を行う。また、LEDアレイを用いたLEDプリンタでは、LEDの照射時間を決定して画像形成を行う。
以上、説明した処理手順の概略を、図4のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、画像データが入力されると、ステップS41において、入力された画像データを解析する処理が行われる。この画像データ解析処理は、前述したように分配率決定部102において行われる。
次に、ステップS42に進み、第1のハーフトーン処理部104及び第2のハーフトーン処理部105の分配率を生成して分配する処理を行う。前述したように、本実施形態においては、第1のハーフトーン処理部104に濃度データとしてC1(=D*a)が入力される。また、第2のハーフトーン処理部105には濃度データとしてC2(=D*(1−a))がそれぞれ入力される。
次に、ステップS43に進み、分配された濃度データを入力してハーフトーン処理を、第1のハーフトーン処理部104、第2のハーフトーン処理部105の夫々で行う。このハーフトーン処理の内容は前述した通りであり、この処理の結果、第1のハーフトーン処理部104及び第2のハーフトーン処理部105からは、「255a」または「0」が出力される。
次に、ステップS44において、第1のハーフトーン処理部104から入力された濃度データと、第2のハーフトーン処理部105から入力された濃度データとを加算する処理が混合処理部106により行われる。
次に、ステップS45に進み、ステップS44により求められた加算値に従って、各画素のレーザー照射時間を決定する処理が行われる。そして、決定されたレーザー照射時間に基づいてプリンタ107がレーザーを照射して画像形成を行う。
次に、ステップS46において処理が終了であるか否かを判断する。この判断の結果、終了でない場合にはステップS41に戻って前述した処理を行う。また、ステップS46の判断の結果、終了の場合にはエンド処理を行う。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、性質の異なる2つのハーフトーンへの分配率を、画像の特性に対応しながら徐々に変化させることが可能となる。これにより、ドット構造の異なるハーフトーンの変化の不自然さを低減することができる。さらに、第1及び第2のハーフトーンとして適切なもので構成することで、モアレやテクスチャの無い画像を出力することが可能となる。
<第2の実施形態>
第2の実施形態では、出力端に量子化部を設けることで、入力分解能の低いプリンタでも安定したドットの生成が可能になる構成を示す。
図2は、本発明の第2の実施形態における画像処理装置の構成例を説明するブロック図である。
図2中、201は本実施形態の画像処理装置、102は分配率決定部、103は濃度分配部、104は第1のハーフトーン処理部、202は加算器、105は第2のハーフトーン処理部、106は混合処理部、203は量子化部、204はプリンタである。以降で各構成要素について詳細な説明をしていくが、第1の実施形態と同じ動作をするものについては第1の実施形態と同じ符号を付与し、説明を省略する。まず、分配率決定部102と濃度分配部103、第1のハーフトーン処理部104は第1の実施形態と同じ動作をするので、説明を省略する。
加算器202は、濃度分配部103より入力された濃度データC2と後述する量子化部203からフィードバックされる補正値を加算して出力する。
第2のハーフトーン処理部105は、第1の実施形態での同処理部の説明において、入力される濃度データC2を加算器202の出力値へと読み替えるだけで、動作としては同様の処理を行う。混合処理部106は、第1の実施形態で記載したものと同じ動作をするので、説明を省略する。
量子化部203は、混合処理部106からの濃度データを入力として、量子化を行い、量子化された出力値と、加算器202へフィードバックする補正値を計算して出力する。ここで例えば、接続されているプリンタが、0%、50%、100%という3種類の濃度のドットを形成可能な3値プリンタであった場合、量子化部203では入力された濃度を0、128、255に量子化する。通常、量子化後のデータはコード化されて送られる。つまり、0に量子化された場合は0が、128に量子化された場合は1が、255に量子化された場合は2が出力端子よりプリンタ204へ出力される。
補正値は入力値と量子化代表値との差分値であり、この差分値を加算器202へフィードバックし、濃度補正を行う。量子化部203への入力値をDとした時、加算器202への補正値Dfb、量子化部203の量子化出力Dqは以下の式で定められる。
0≦D<64 の時、Dq=0、Dfb=D
64≦D<192 の時、Dq=1、Dfb=D−128
192≦D の時、Dq=2、Dfb=D−255
プリンタ204は、量子化部203からのM値量子化された値を入力として、プリント処理を行う。
以上説明したように、第2の実施形態によれば、量子化部203を設けることによって出力レベルを削減し、M値量子化による量子化誤差(濃度差分)を第2のハーフトーン処理部105にて補正する構成とした。このため、入力レベル数の少ないM値プリンタにも対応可能となった。
<第3の実施形態>
第3の実施形態では、第1のハーフトーンの出力を第2のハーフトーンの入力にフィードバックすることで、ドットの排他生成を可能とする構成を示す。
図3は、本発明の第3の実施形態における画像処理装置の構成例を説明するブロック図である。図3中、301は本実施形態の画像処理装置、102は分配率決定部、303は濃度分配部、304は第1のハーフトーン処理部、302は加算器、305は第2のハーフトーン処理部、306は混合処理部、307はプリンタである。
以降で各構成要素について詳細な説明をしていくが、第1の実施形態あるいは第2の実施形態と同じ動作をする構成要素については該当する実施形態と同じ符号を付与し、説明を省略する。
入力画像データは、第1の実施形態あるいは第2の実施形態と同様に、分配率決定部102と濃度分配部303へ入力され、同時に加算器302へもそれぞれ入力される。
分配率決定部102は第1の実施形態及び第2の実施形態と同じ動作をするので説明を省略する。
濃度分配部303は、分配率決定部102から入力された分配率に従い、入力画像データに対して濃度分配を行い出力する。ただし第3の実施形態では、第1の実施形態及び第2の実施形態と異なり、第2のハーフトーン処理部への入力となる濃度データは出力しない。
第1のハーフトーン処理部304は、2値のハーフトーン処理を行う。第3の実施形態は、第1の実施形態及び第2の実施形態と異なり、レンジを分配率に合わせる必要は無く、出力値として{0,255}のいずれかの値を取り得る。
加算器302は、入力画像データから第1のハーフトーン処理部304の出力結果を減算し、得られた値を第2のハーフトーン処理部305へ入力する。すなわち、入力画像の濃度値と第1のハーフトーン処理部304の出力濃度値との差分を抽出する濃度差分検出を行う。第2のハーフトーン処理部305は、加算器302から入力された値に対してハーフトーン処理を行う。ここで第1のハーフトーン処理部304の出力値が0の時、第2のハーフトーン処理部305の入力レンジは0から255の範囲の値となる。第2のハーフトーン処理部では、通常のハーフトーン処理を行い、出力値として{0,255}の2値を取り得る。
一方、第1のハーフトーン処理部304の出力値が255の時、第2のハーフトーン処理部305の入力レンジは、加算器302を経ることにより、−255から0の範囲の値となる。そのため、この場合は第2のハーフトーン処理部305からは必ず0が出力される。
混合処理部306では加算処理を行う。あるいは第2の実施形態と同様に、第1及び第2のハーフトーン処理部からの出力をコード化することで、混合処理部306を論理回路で実装してもよい。例えば第1及び第2のハーフトーン処理部の出力値が0の時はコードが0、出力値が255の時はコードが1であるとすると、取り得る入力値と出力コードの組み合わせは以下の3通りである。
(0,0)の時、混合処理部306の出力コードは0である。
(0,1)の時、混合処理部306の出力コードは1である。
(1,0)の時、混合処理部306の出力コードは1である。
前記より、混合処理部306ではOR演算をする回路を実装すればよいことが分かる。プリンタ307では、混合処理部306からの2値化された値を入力として、プリント処理を行う。
以上説明したように、第3の実施形態によれば、入力値から第1のハーフトーンの結果を減算した値を、第2のハーフトーンへの入力とする。これにより、ドットの排他生成が可能となり、また2つのハーフトーンの出力をそのまま出力することができるので、より安定したドットの生成が可能となった。
<第4の実施形態>
第4の実施形態では、3つ以上のハーフトーン処理部を設けても同様の処理が可能であることを示す。
第1の実施形態において、分配率決定部102はLUTを参照するところで、以下の式を満たすように、第1のハーフトーン処理部への分配率a1、第2のハーフトーン処理部への分配率a2、・・・、第Nのハーフトーン処理部への分配率aNを決定する。
a1+a2+・・・+aN=1
濃度分配部103では、入力画像データを分配率に従って、それぞれのハーフトーン処理部へ入力する濃度データCkを以下の式で分配する。
Ck=D*ak (k=1,2,・・・,N)
第kのハーフトーン処理部では、出力レンジを0以上255ak以下の範囲に制限して出力する。
混合処理部ではハーフトーン処理部からの出力値を全て加算して、出力する。こうすると出力の最大値は255*(a1+a2+・・・+aN)=255となり、プリンタ107の入力レンジに一致する。
以上のようにすることで、本発明の画像処理装置は、3つ以上のハーフトーン処理部を構成要素とすることも可能である。
(他の実施の形態)
前述した実施の形態における画像処理装置を構成する各手段は、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。
また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施の形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
なお、本発明は、前述した画像処理方法における各工程を実行するソフトウェアのプログラムを、システムあるいは装置に直接、あるいは遠隔から供給する。実施の形態では図4に示すフローチャートに対応したプログラム供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。

Claims (5)

  1. 入力画像に対して擬似中間調処理を行う擬似中間調処理手段を複数有する画像処理装置であって、
    前記入力画像のデータを解析する解析手段と、
    前記解析手段の解析結果に応じて、前記入力画像の濃度値を前記擬似中間調処理手段に分配する濃度分配手段と、
    前記濃度分配手段により分配された濃度値を擬似中間調処理する第1の擬似中間調処理手段と、
    前記入力画像の濃度値と前記第1の擬似中間調処理手段の出力濃度値との差分を抽出する濃度差分検出手段と、
    前記濃度差分検出手段の出力を擬似中間調処理する第2の擬似中間調処理手段と、
    前記第1の擬似中間調処理手段及び第2の擬似中間調処理手段の出力を混合する混合手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記擬似中間調処理手段は、出力値の最大値を前記濃度分配手段における濃度分配率にて制限し、
    前記混合手段では、前記擬似中間調処理手段からの出力を加算して出力することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記混合手段により混合された前記擬似中間調処理手段の擬似中間調処理の結果を量子化する量子化手段を備え、
    前記量子化手段は、前記混合手段により混合された前記擬似中間調処理手段の夫々から出力される擬似中間調処理の結果の量子化を行い、量子化誤差を前記複数の擬似中間調処理手段の何れかへフィードバックすることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  4. 入力画像に対して擬似中間調処理を行う擬似中間調処理工程を複数有する画像処理方法であって、
    前記入力画像のデータを解析する解析工程と、
    前記解析工程の解析結果に応じて、前記入力画像の濃度値を前記擬似中間調処理工程に分配する濃度分配工程と、
    前記濃度分配工程において分配された濃度値を擬似中間調処理する第1の擬似中間調処理工程と、
    前記入力画像の濃度値と前記第1の擬似中間調処理工程の出力濃度値との差分を抽出する濃度差分検出工程と、
    前記濃度差分検出工程の出力を擬似中間調処理する第2の擬似中間調処理工程と、
    前記第1の擬似中間調処理工程からの出力、及び第2の擬似中間調処理工程からの出力を混合する混合工程とを備えることを特徴とする画像処理方法。
  5. 入力画像に対して擬似中間調処理を行う擬似中間調処理工程を複数有する画像処理の各工程をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記入力画像のデータを解析する解析工程と、
    前記解析工程の解析結果に応じて、前記入力画像の濃度値を前記擬似中間調処理工程に分配する濃度分配工程と、
    前記濃度分配工程において分配された濃度値を擬似中間調処理する第1の擬似中間調処理工程と、
    前記入力画像の濃度値と前記第1の擬似中間調処理工程の出力濃度値との差分を抽出する濃度差分検出工程と、
    前記濃度差分検出工程の出力を擬似中間調処理する第2の擬似中間調処理工程と、
    前記第1の擬似中間調処理工程からの出力、及び第2の擬似中間調処理工程からの出力を混合する混合工程とをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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