JP2011251531A - 画像階調処理装置、画像形成装置、画像階調処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小なパルス幅の発生を抑制し、画像形成を安定化することができる技術を提供する。
【解決手段】実施形態の画像階調処理装置は、検出部と、算出部と、第１置換部と、第２置換部とを有する。検出部は、ハーフトーン処理で用いられるハーフトーンパターンに含まれる画素であって画素値が所定範囲内の値である画素を検出する。算出部は、検出部によって検出された画素の値の総和を算出する。第１置換部は、置き換えた画素値の総和が算出部によって算出される総和以上となるまで、優先順位の高い画素から順に、検出部によって検出された画素の値を所定範囲の最大値よりも大きい値である第１の値に置き換える。第２置換部は、検出部によって検出された画素のうちで第１置換部によって置換された画素以外の画素の値を、所定範囲の最小値よりも小さい値である第２の値に置き換える。
【選択図】図２

Description

この明細書に記載の実施形態は、画像形成装置のハーフトーン処理の技術に関する。

画像形成装置では、中間色を再現するためにハーフトーン技術が用いられる。ハーフトーン処理では、階調ごとにあらかじめ用意したハーフトーンパターンを用いて、連続階調画像データに対して画像変換を行い、シートに像を形成する。一般に、電子写真ではハーフトーン処理を施した画像データに対してパルス幅変調処理（以下、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）処理と称す）を行うことで画像を形成している。

出力されるパルス幅が微小である場合、シートに形成される画像が不安定となる場合があり、ハーフトーンパターンが再現され難いという問題がある。

実施形態は上述した問題点を解決するためになされたものであり、微小なパルス幅となるハーフトーンパターンの画素値を調整する技術を提供することを目的とする。

画像階調処理装置は、検出部と、算出部と、第１置換部と、第２置換部とを有する。検出部は、ハーフトーン処理で用いられるハーフトーンパターンに含まれる画素であって画素値が所定範囲内の値である画素を検出する。算出部は、検出部によって検出された画素の値の総和を算出する。第１置換部は、置き換えた画素値の総和が算出部によって算出される総和以上となるまで、優先順位の高い画素から順に、検出部によって検出された画素の値を所定範囲の最大値よりも大きい値である第１の値に置き換える。第２置換部は、検出部によって検出された画素のうちで第１置換部によって置換された画素以外の画素の値を、所定範囲の最小値よりも小さい値である第２の値に置き換える。

画像形成装置の構成を示す縦断面図である。 実施形態の画像処理部の構成例を示すブロック図である。 階調値が１２８のハーフトーンパターンの一例を示す図である。 基準位置パターンの一例を示す図である。 図３のハーフトーンパターンおよび図４の基準位置パターンを用いたハーフトーン処理を説明する図である。 図５で示した各出力信号を入力したＰＷＭ処理部の出力信号を示す図である。 シート上の画点の形成状態をパルス幅に応じて示す図である。 処理対象のハーフトーンパターンの一例、および実施形態の分割部、検出部の動作の一例を示す図である。 実施形態の算出部、第１置換部、第２置換部の動作の一例を説明する図である。 分割された領域内の画素が置換された後のハーフトーンパターンの一例を示す図である。

本実施形態は、画像形成が不安定となる原因である微小なパルス幅を抑制するために、ハーフトーンパターンに対して変換処理を行う。まず、ハーフトーンパターンの所定範囲に含まれる所定閾値以下であり且つ０でない画素を検出する。次に、検出した画素に対して優先順位を設定し、優先順位の高い順に画素値を予め指定した値に置き換える。

以下、図面を参照しつつ本実施形態の態様について説明する。図１は、本実施形態における画像形成装置（ＭＦＰ:Multi Function Peripheral）の概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、本実施形態による画像形成装置１００は、読取部Ｒ（画像データ取得部）と、像形成部Ｐとを備えている。

読取部Ｒは、シート原稿およびブック原稿の画像をスキャンして読み取る機能を有し、また外部機器から画像形成装置１００に送信される画像データを取得する機能を有している。読取部Ｒは、複数の反射ミラーや撮像素子を含む走査光学系１０を備え、また原稿を所定の載置場所まで自動搬送可能な自動原稿搬送装置（ＡＤＦ：Auto Document Feeder）９を備える。原稿トレイＲｔに載置される、自動原稿搬送装置９によって自動搬送される原稿や、不図示の原稿台に載置される原稿の画像は、走査光学系１０によって読み取られる。

像形成部Ｐは、読取部Ｒにて原稿から読み取られた画像や外部機器から送信される画像データ等に基づいて、シートに現像剤像を形成する機能を有している。また、像形成部Ｐは、感光体２Ｙ〜２Ｋ、現像ローラ３Ｙ〜３Ｋ、ミキサ４Ｙ〜４Ｋ、中間転写ベルト６、定着装置７および排出トレイ８を備えている。

また画像形成装置１００は、制御ボード８００を有し、制御ボード８００は、演算処理装置（たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit））であるプロセッサ８０１、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）８０２、および、揮発性記憶装置、不揮発性記憶装置を有する記憶部であるメモリ８０３を含んでいる。プロセッサ８０１は、画像形成装置１００における各種処理を行う役割を有しており、またメモリ８０３に予め格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も有している。メモリ８０３は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＶＲＡＭ（Video RAM）、ＦＲＯＭ（Flash Read Only Memory）、ハードディスクドライブ等から構成されることができ、画像形成装置１００において利用される種々の情報やプログラムを格納する役割を有している。

また画像形成装置１００は、コントロールパネル８１０を有する。コントロールパネル８１０は、ユーザからの指示を受け付けるとともに、ユーザへ処理内容を表示する。

以下、画像形成装置１００における処理の一例として、コピー処理の概要について説明する。まず、ピックアップローラ５１によりピックアップされたシートは、シート搬送路内に供給される。シート搬送路内に供給されたシートは、複数のローラ対によって所定の搬送方向へ向けて搬送される。

そして、自動原稿搬送装置９によって連続的に自動搬送される複数枚のシート原稿の画像が、走査光学系１０によって読み取られる。

次に、読取部Ｒにて原稿から読み取られた画像データに対して制御ボード８００が所定の画像処理、例えばハーフトーン処理やＰＷＭ処理を施す。その後、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（ブラック）の現像剤像をシートに転写するための感光体２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋの感光面上に、画像処理後のデータの静電潜像が形成される。

続いて、現像器におけるミキサ４Ｙ〜４Ｋにより攪拌された現像剤が、現像ローラ（いわゆる、マグローラ）３Ｙ〜３Ｋによって、上記のようにして静電潜像が形成された感光体２Ｙ〜２Ｋに供給される。これにより、感光体の感光面上に形成された静電潜像が顕像化される。

このようにして感光体上に形成された現像剤像は、中間転写ベルト６のベルト面上に転写され（いわゆる、一次転写）、中間転写ベルトの回転によって搬送される現像剤像は、所定の二次転写位置Ｔにて、搬送されるシート上に転写される。

シート上に転写された現像剤像は、定着装置７にてシートに対して加熱定着される。現像剤象が加熱定着されたシートは、複数の搬送ローラ対によって搬送され、排出トレイ８上に順次排出される。

次に、画像処理を実行する画像処理部の構成例を図２のブロック図に示す。尚、画像処理部１０１（画像階調処理装置）のハードウェア構成は、図１で示したプロセッサ８０１、ＡＳＩＣ８０２、メモリ８０３を含む制御ボード８００である。

画像処理部１０１は、記憶部６０、ハーフトーン処理部７０、ハーフトーンパターン変換部８０、ＰＷＭ処理部９０を有し、読取部Ｒで取得される画像データに対して階調処理を行い、像形成部Ｐに処理後のデータを出力する。画像処理部１０１内のハーフトーン処理部７０、ハーフトーンパターン変換部８０、ＰＷＭ処理部９０は、本実施形態ではＡＳＩＣ８０２によって実装されているとするが、プロセッサ８０１が予めメモリ８０３に記憶されているプログラムを演算実行することで実現されてもよい。また記憶部６０はメモリ８０３に相当する。

ハーフトーンパターン変換部８０は、ハーフトーンパターンを変換するユニットであり、分割部８１、検出部８２、算出部８３、第１置換部８４、第２置換部８５を有する。

分割部８１は、記憶部６０に記憶されているハーフトーンパターン（ハーフトーンパターン変換部８０による処理前のハーフトーンパターン）を取得し、ハーフトーンパターンの領域を所定範囲ごとに分割する。本実施形態では、ハーフトーンパターンを２ラインごとの領域に分割する。検出部８２は、分割部８１によって分割される範囲内の画素であって、画素値が所定範囲内の値である画素を検出する。本実施形態では、画素値Ｐが閾値２０以下であり且つ０でない値、すなわち
０＜Ｐ≦２０
を満たす画素が検出されるものとする。

算出部８３は、検出部８２によって検出された画素の値の総和を算出する。第１置換部８４は、第１置換部８４自身で置き換えた画素の値の総和が、算出部８３によって算出される総和以上となるまで、優先順位の高い画素から順に、検出部８２によって検出された画素の値を上述の所定範囲（０＜Ｐ≦２０の範囲）の最大値よりも大きい値（第１の値）に置き換える。本実施形態では、上述の所定範囲の最大値である２０よりも大きい値である４０（以下、この値を指定値と称する）に画素値が置き換えられる。

第２置換部８５は、検出部８２によって検出された画素のうちで第１置換部８４によって置換された画素以外の画素の値を、上述の所定範囲（０＜Ｐ≦２０の範囲）の最小値よりも小さい値（第２の値）に置き換える。本実施形態では、この第２の値は０となる。

このようにして導出される置換後のハーフトーンパターンは、記憶部６０に記憶される。

ハーフトーン処理部７０は、読取部Ｒから得られる画像データに対し、記憶部６０に記憶されているハーフトーンパターン、すなわちハーフトーンパターン変換部８０によって処理された置換後のハーフトーンパターンを用いてハーフトーン処理（中間調処理）を行い、パルス幅信号と基準位置信号をＰＷＭ処理部９０に出力する。

ＰＷＭ処理部９０は、ハーフトーン処理部７０によって処理されたパルス幅信号、および基準位置信号を取得し、ＰＷＭ処理を行い、プリントエンジンである像形成部Ｐへ出力する。像形成部Ｐは、画像処理部１０１によって処理された画像データを、図１で説明した方法でシートに形成する。

ここで、本実施形態の前提となる技術およびその問題点を、図３から図７を用いて具体的なデータを示しながら説明する。

図３は階調値１２８である場合のハーフトーンパターンの一例であり、図４は基準位置パターンの一例を示す図である。画像処理部は画像データの画素に対し、階調値に対応するハーフトーンパターンと、階調値によらず共通の基準位置パターンとを参照して画像変換を行う。ハーフトーンパターンの各画素の数値はパルス幅の大きさを意味する。また基準位置パターン内の数値は各画素のパルス幅の基点を意味する。例えば基準位置パターン内の値で数値が０の場合は画素左端が基点となり、１の場合は画素中央、３の場合は画素右端が基点となる。ハーフトーンパターンの階調値で示されるパルス幅が大きい程、基点から太くなるように像が形成される。

ハーフトーンパターンは各階調値（０〜２５５）ごとに導出され、基準位置パターンは、階調値に依拠しないが色ごと（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋごと）に事前に用意され、記憶部に記憶されている。

図５を参照しつつ、前提技術のハーフトーン処理の動作について説明する。図５の例に示すように、入力画像データの階調値が１２８で均一である場合、全面１２８の階調値がそのまま印字されるわけではない。ハーフトーン処理部では階調値１２８のハーフトーンパターンが参照され、入力画像データの値をハーフトーンパターンの値に変換してパルス幅信号として出力するとともに、基準位置パターンを参照して基準位置信号をＰＷＭ処理部に出力する。

ＰＷＭ処理部では、各画素の基準位置信号の値に基づき画素の基点を決め、パルス幅信号の値に応じた出力信号を生成する。例えば、パルス幅信号の値が１７０、基準位置信号の値が０の画素の場合、当該画素は、左端から１７０相当分の幅で印字される。またパルス幅が８５、基準位置パターンの数値が３の画素の場合、当該画素は、右端から８５相当分の幅で印字される。このようにして出力されるデータ例を図６に示す。

像形成部では、ＰＷＭ処理により制御された画像データに応じてレーザー照射のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて画像を形成する。ここで、パルス幅が十分大きければ画像形成は安定するが、微小な値である場合はレーザーの照射時間が短くなり、シート上での画点の形成が不安定になる。図７に一例を示す。パルス幅が例えば８０の場合は、一定時間照射されるため画像形成は安定であるが、パルス幅が例えば２０の場合、画点が形成される場合もあれば形成されない場合もあり、画像形成が不安定となる。

これに対し、本実施形態の画像処理部１０１は、ハーフトーンパターンに対して変換処理を行うハーフトーンパターン変換部８０を有し、微小なパルス幅の発生を抑制する。ハーフトーンパターン変換部８０による変換処理の具体的内容を図８から図１０を参照しつつ説明する。

図８は、処理対象のハーフトーンパターンの各画素値および出力データの一例を示す図であり、分割部８１、検出部８２の動作を説明する図である。まず分割部８１は、処理対象のハーフトーンパターンを記憶部６０から取得し、取得したハーフトーンパターンを所定範囲に分割する（ＡＣＴ１）。本実施形態では、分割部８１はハーフトーンパターンを２行ずつの領域に区切って分割するものとするが、態様を限定するものではなく、例えば５×５の領域で分割する等様々な分割方法がある。

検出部８２は、分割部８１によって分割される領域内で、処理対象となる画素を検出する（ＡＣＴ２）。検出部８２は、本実施形態では２０以下であり且つ０でない値の画素を検出する。すなわち値Ｐが０＜Ｐ≦２０を満たす画素が検出され、図８に示すように、本例では４つの画素が検出される。

引き続き算出部８３、第１置換部８４、第２置換部８５の動作について、図９を参照しつつ説明する。算出部８３は、検出部８２によって検出される画素の値の総和を算出する（ＡＣＴ３）。算出部８３によって算出される総和は、本例では８０となる。

第１置換部８４は、第１置換部８４自身が置換した値の総和が算出部８３で算出される総和以上となるまで、優先順位の高い画素から順に、指定値に置換する（ＡＣＴ４〜６）。本実施形態では０＜Ｐ≦２０の範囲の最大値より大きい値４０を指定値とする。

第１置換部８４は、予め定義されている優先順位の選定方法に基づき、検出部８２が検出した画素に優先順位を設定する（ＡＣＴ４）。本実施形態では、分割領域の上段の右から左の順、その後下段の右から左の順となるように順位が設けられるが、態様を限定するものではなく、様々な順位設定方法が考えられる。順位設定後、第１置換部８４は、まず優先順位が一番高い順位１の画素の値を４０に置換する（ＡＣＴ５）。第１置換部８４は、置換済みの画素値の総和を算出し、この置換済みの画素値の総和と算出部８３によって算出された総和とを比較する。

この段階での置換済みの画素値の総和は４０であり、算出部８３によって算出された総和８０よりも小さいため、第１置換部８４は、次に順位２の画素の値を４０に置換する（ＡＣＴ６）。この段階で置換済み画素の値の総和が８０となり、算出部８３によって算出された総和８０以上となったため、第１置換部８４は処理を停止する。

その後第２置換部８５は、検出部８２によって検出される画素のうちで第１置換部８４によって置換された画素以外の画素の値を、検出部８２の検出範囲より小さい値にする（ＡＣＴ７）。検出部８２によって検出される画素値は０＜Ｐ≦２０の範囲であるため、第２置換部８５は、第１置換部８４で置換されなかった残りの画素（順位３、４の画素）の値を０に置換する。

図１０は、分割領域に対して置換された後のデータを示す図である。このようにすることで、パルス幅の小さい値２０の画素値が０または４０の値に置換される。また置換前後の階調値の総和も極力小さな変更で済む。尚、置換前後の階調値の総和を一致させる方法として、階調値の総和が置換前よりも置換後の方が大きくなる場合、第１置換部８４は、元の階調値の和と置き換え済みの階調値の和との差の値に画素値を置き換える実装も適用できる。

第１置換部８４、第２置換部８５での動作が完了した場合、分割部８１は次の領域（３、４行目）が処理対象となるように分割する（ＡＣＴ１へ戻る）。本実施形態ではＡＣＴ１〜ＡＣＴ７同様の処理が順次分割される領域に対して行われる。このように第１置換部８４、第２置換部８５による置換処理の後に、分割部８１が都度領域を分割する実装でもよいし、分割部８１がハーフ−トーンパターンを一括で全て分割した後に、分割された領域ごとに検出部８２、算出部８３、第１置換部８４、第２置換部８５による処理が行われる実装でもよい。

このようなハーフトーンパターン変換部８０の処理によって、微小なパルス幅の発生を抑えるハーフトーンパターンが形成される。ハーフトーン処理部７０は、ハーフトーンパターン変換部８０によって導出されたハーフトーンパターンを用いて、読取部Ｒで読み取られる画像データに対してハーフトーン処理を行い、パルス幅信号をＰＷＭ処理部９０に出力する。

尚、上記説明では、ハーフトーンパターンに対し分割部８１が所定領域に分割する実装について説明したが、ハーフトーンパターン全域に対して上述の検出部８２、算出部８３、第１置換部８４、第２置換部８５が各処理を実行する等、優先順位の選定方法や検出画素の範囲の指定等、パラメータの選定によっては分割しない実装も可能である。

本実施形態では、カラー印刷を行う画像形成装置について説明したが、態様を限定するものではなく、モノクロ印刷やモノカラー印刷のみを行う画像形成装置にも適用可能である。またインクジェット方式の画像形成装置にも適用可能である。

また、ハーフトーン変換部８０と同等の機能を有する外部機器によって、事前に本実施形態のハーフトーンパターンの変換処理が行われ、この変換処理後のハーフトーンパターンが記憶された画像形成装置が提供されてもよい。このような画像形成装置は、本実施形態のハーフトーンパターン変換部８０を有さず、置換後のハーフトーンパターンのデータのみが記憶部６０に記憶されている。ハーフトーン処理部７０は、記憶部６０に記憶されたハーフトーンパターンを用いて画像処理を行う。

画像処理部１０１は画像階調処理装置として提供されてもよい。

以上に詳説したように、本実施形態では、微小なパルス幅の発生を抑制し、画像形成を安定化させることができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

６０ 記憶部、７０ ハーフトーン処理部、８０ ハーフトーンパターン変換部、８１ 分割部、８２ 検出部、８３ 算出部、８４ 第１置換部、８５ 第２置換部、９０ ＰＷＭ処理部、１００ 画像形成装置、１０１ 画像処理部、Ｒ 読取部、Ｐ 像形成部。

Claims (10)

1. ハーフトーン処理で用いられるハーフトーンパターンに含まれる画素であって画素値が所定範囲内の値である画素を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された画素の値の総和を算出する算出部と、
   置き換えた画素値の総和が前記算出部によって算出される総和以上となるまで、優先順位の高い画素から順に、前記検出部によって検出された画素の値を前記所定範囲の最大値よりも大きい値である第１の値に置き換える第１置換部と、
   前記検出部によって検出された画素のうちで前記第１置換部によって置換された画素以外の画素の値を、前記所定範囲の最小値よりも小さい値である第２の値に置き換える第２置換部と、
   を有する画像階調処理装置。
2. 請求項１に記載の画像階調処理装置において、さらに、
   前記ハーフトーンパターンの領域を所定範囲ごとに分割する分割部を有し、
   前記検出部、前記算出部、前記第１置換部、前記第２置換部は、前記分割部によって分割される範囲ごとに、それぞれの処理を実行する画像階調処理装置。
3. 請求項１または２に記載の画像階調処理装置において、
   前記検出部は、所定閾値をＳとする場合、画素値Ｐが
   ０＜Ｐ≦Ｓ
   を満たす画素を検出する画像階調処理装置。
4. ハーフトーン処理で用いられるハーフトーンパターンに含まれる画素であって画素値が所定範囲内の値である画素を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された画素の値の総和を算出する算出部と、
   置き換えた画素値の総和が前記算出部によって算出される総和以上となるまで、優先順位の高い画素から順に、前記検出部によって検出された画素の値を前記所定範囲の最大値よりも大きい値である第１の値に置き換える第１置換部と、
   前記検出部によって検出された画素のうちで前記第１置換部によって置換された画素以外の画素の値を、前記所定範囲の最小値よりも小さい値である第２の値に置き換える第２置換部と、
   印刷対象の画像データを取得する画像データ取得部と、
   前記第１置換部、前記第２置換部によって置換されたハーフトーンパターンに基づき、前記画像データ取得部によって取得される画像データに対してハーフトーン処理を実行するハーフトーン処理部と、
   前記ハーフトーン処理部によって処理された画像データに基づき、像をシートに形成する像形成部と、
   を有する画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、さらに、
   前記ハーフトーンパターンの領域を所定範囲ごとに分割する分割部を有し、
   前記検出部、前記算出部、前記第１置換部、前記第２置換部は、前記分割部によって分割される範囲ごとに、それぞれの処理を実行する画像形成装置。
6. 請求項４または５に記載の画像形成装置において、
   前記検出部は、所定閾値をＳとする場合、画素値Ｐが
   ０＜Ｐ≦Ｓ
   を満たす画素を検出する画像形成装置。
7. 画像階調処理装置が、
   ハーフトーン処理で用いられるハーフトーンパターンに含まれる画素であって画素値が所定範囲内の値である画素を検出し、
   前記検出された画素の値の総和を算出し、
   前記所定範囲の最大値よりも大きい値である第１の値に置き換えた画素値の総和が、前記算出される総和以上となるまで、優先順位の高い画素から順に、前記検出された画素の値を前記第１の値に置き換え、
   前記検出された画素のうちで前記置換された画素以外の画素の値を、前記所定範囲の最小値よりも小さい値である第２の値に置き換える
   画像階調処理方法。
8. 請求項７に記載の画像階調処理方法において、
   前記画像階調処理装置が、さらに、
   前記ハーフトーンパターンの領域を所定範囲ごとに分割し、
   前記分割された範囲ごとに、前記検出、前記算出、前記第１の値への置き換え、前記第２の値への置き換えを実行する画像階調処理方法。
9. 請求項７または８に記載の画像階調処理方法において、
   前記画像階調処理装置が、
   所定閾値をＳとする場合、画素値Ｐが
   ０＜Ｐ≦Ｓ
   を満たす画素を検出する画像階調処理方法。
10. 画像形成装置がハーフトーン処理で用いるハーフトーンパターンであって、
    ハーフトーンパターンに含まれる画素のうち画素値が所定範囲内の値である画素を検出し、
    前記検出された画素の値の総和を算出し、
    前記所定範囲の最大値よりも大きい値である第１の値に置き換えた画素値の総和が、前記算出される総和以上となるまで、優先順位の高い画素から順に、前記検出された画素の値を前記第１の値に置き換え、
    前記検出された画素のうちで前記置換された画素以外の画素の値を、前記所定範囲の最小値よりも小さい値である第２の値に置き換える
    処理が行われたハーフトーンパターンを記憶する記憶部と、
    印刷対象の画像データを取得する画像データ取得部と、
    前記記憶部に記憶されるハーフトーンパターンに基づき、前記画像データ取得部によって取得される画像データに対してハーフトーン処理を行うハーフトーン処理部と、
    前記ハーフトーン処理部によって処理された画像データに基づき、像をシートに形成する像形成部と、
    を有する画像形成装置。

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