JP2012165200A - 画像処理装置、画像形成装置、画像表示装置、画像処理方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイライト部の中間調処理において、バンド幅を変えることなくビット数を拡張した場合と同じ効果を実現する。
【解決手段】ハイライト判定部１０７は、入力値が所定値以下であるか否かを判定し、制御部１０８は、誤差バッファ１０１内の周辺画素の誤差値の最下位１ビット（フラグ）を参照し、入力値が所定値以下で、最下位１ビット（フラグ）が１であるとき、着目画素値、閾値、誤差値、補正画素値の上位４ビットと下位４ビットを入れ替えて誤差拡散処理を指示し、擬似ビット拡張処理された着目画素の誤差値を算出し、誤差バッファ１０１内の着目画素の誤差値の最下位１ビットに、擬似ビット拡張処理を示すフラグを記録する。
【選択図】図５

Description

本発明は、階調再現性を向上させた画像処理装置、画像形成装置、画像表示装置、画像処理方法、プログラムおよび記録媒体に関する。

電子写真法やインクジェット記録方法は、記録エンジンの階調再現能力の低さを補うため、中間調処理によって入力画像データをドットの面積変化や分布密度に変換し、階調を表現している。これに対して、例えば液晶やＣＲＴディスプレイのように、最小記録単位画素（ピクセル）の発光強度を切り換えることによって、入力画像データと同等の階調を再現する方法もある。

上記した表示方法や記録方法により画質レベルが著しく向上したが、プロ／ハイアマチュアと呼ばれるユーザーから見た場合、現状の画質レベルでは、極ハイライト領域の階調再現性には未だ満足できない。中間調処理では、１画素８ビットの画像データを１〜３ビット程度のドットデータに変換し、単位面積当たりのドット数もしくはドット被覆面積で階調を表現するが、このときの階調特性は、例えば、階調再現性を最大限に確保するために、明度リニア（入力階調値と明度特性の関係が線形になる）に調整されることが多い。

しかし、人間の視覚特性上、明所と暗所では感度が異なり、暗所すなわちシャドー部での階調の僅かな差は見分けが付かないのに対して、明所すなわちハイライト部では逆に僅かな差でも認識されやすくなる。例えば、夕焼けや朝焼けの空のような、うっすらと色が変わりながらグラデーションがかかった写真画像をディスプレイに映したとき、あるいはプリンタから出力したとき、元画像データでは自然に見えるのに、見た目にトーンジャンプが発生したような擬似輪郭が発生してしまう場合がある。

また、高画質記録モードの中間調処理として多く採用されている誤差拡散処理では、ハイライト部においては周辺画素から反映される誤差値そのものが小さくなり、入力値と誤差値の合計が閾値を超えるようになるまでに数画素分以上のドット生成遅れ（空隙）が発生する場合がある（図７（ａ）、（ｂ））。ハイライトの階調が比較的狭い領域で変化する画像では、このようなドット生成遅れが、本来の階調差以上に差を大きく見せてしまう場合がある。

近年のインク改良により、通常のインクより濃度を下げたライトインク／フォトインク等を採用することで、ドットそのものの視認性による粒状感は問題にならなくなってきたが、代わりに、上記したようにハイライト部の階調変化が必要以上に目に付き、擬似輪郭やトーンジャンプとして認識され、画像を扱う上級者になればなる程、これが問題視されやすく、高画質な記録画像を出力するために改善すべき課題である。

一画素で多値を表現可能な表示デバイス（液晶／ＣＲＴモニター等）においても、８ビット程度の階調再現能力では、上記したハイライト部のトーンジャンプが発生する場合があり、これを改善する方法として、入力画像データ以上に階調再現能力を拡張した後、階調が切り替わる部分で平滑化処理をかける方法がある（例えば特許文献１を参照）。

例えば、隣り合った画素Ａ、Ｂ、Ｃが以下のような階調値であった場合、
画素Ａ（ｘ，ｙ）＝階調１、画素Ｂ（ｘ＋１，ｙ）＝階調１、画素Ｃ（ｘ＋２，ｙ）＝階調２、画素Ｄ＝階調２
以下のように中間の値を取ることが可能となり、階調が切り替わる部分をよりスムーズに繋げることが可能になる（図７（ｃ））。画素Ａ＝階調１．５、画素Ｂ＝階調１．５、画素Ｃ＝階調１．７５、画素Ｄ＝階調２

しかし、上記した手法では、階調再現能力を拡張するために、データを処理するバンド幅をビット拡張する必要がある。通常、ソフトウエア処理やＡＳＩＣ等によるハードウエア処理は８ビット単位で情報を扱うため、８ビット以上の情報量を扱うには、例え９ビットで十分なデータに対しても必然的に１６ビットのバンド幅を使用することになり、このようなバンド幅の増加は、画像処理の演算速度にも影響するが、特に演算回路のコストが上昇する。画像処理の殆どをＡＳＩＣで行う場合、中間演算のためのバッファメモリ等も１６ビットの情報量を前提に増量する必要がある。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、ハイライト部の中間調処理において、バンド幅を変えることなく、ビット数を拡張した場合と同じ効果を実現する画像処理装置、画像形成装置、画像表示装置、画像処理方法、プログラムおよび記録媒体を提供することにある。

入力画像データと同じ８ビットのバンド幅で、ハイライト部で使用していない上位ビット領域と、実際に値が入っている下位ビット領域でデータを組み替える、あるいは使用していない領域も作業領域として使えるように、データをシフトすることで、あたかもビット拡張したのと同じ効果が、バンド幅を変えることなく実現する。

本発明は、誤差拡散処理により、入力画像の階調数をより少ない階調数の出力画像に変換する画像処理装置において、前記入力画像の着目画素値が所定値以下であるか否かを判定する判定手段と、所定値以下であると判定されたとき、前記着目画素の周辺画素の誤差値の最下位ビットのフラグ情報を参照し、前記フラグ情報が設定されているとき、前記周辺画素の誤差値の上位ビットと下位ビットを入れ替え、または下位ビットを上位ビット位置までシフトすると共に、前記誤差拡散処理に使用する各値の上位ビットと下位ビットを入れ替え、または下位ビットを上位ビット位置までシフトしてから前記誤差拡散処理を指示する制御手段を備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、８ビットのバンド幅でビット拡張と同様の効果がより低コストで実現され、ハイライト部の階調変化を滑らかにし、階調再現性を向上させることが可能となる。

本発明の擬似ビット拡張処理を説明する図である。 ２値誤差拡散処理を説明する図である。 多値処理における濃淡インク／ドットサイズの関係を説明する図である。 周辺画素の誤差値の最下位ビットを示す。 本発明の実施例の構成を示す。 本発明の実施例の処理フローチャートを示す。 従来の課題を説明する図である。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

図１（ａ）は、階調値とビット数の関係を示す。図は、右から左に向けて桁上げが行われる場合の例を示しているが、その逆の場合もあり、上位ビット／下位ビットの概念は、その桁上げの方向に準じて決定されるものとする。

ドットの発生しない白地を０、ドットで記録媒体が塗りつぶされたベタ部を２５５とした場合、トーンジャンプとして認識されやすい極ハイライト部は、主に１階調〜１０階調程度であり、ビット数で表すと４ビット以下の情報量となる。このとき、図１（ａ）に示すように、上位ビットにハーフトーン処理に影響を及ぼす値は入っておらず、画像処理の演算に上位ビット部分は使用されていないことになる。

そこで、この上位ビット部分をビット拡張の余地として使えば、全体としては８ビットのバンド幅のまま、実質的には４ビット分のビット拡張したのと同じ効果が得られることになる。拡張の方法としては、以下の２つが考えられる（図１（ｂ）、（ｃ））。ここでは、上位４ビットが「１１１１」、下位４ビットが「１０１０」であるものとして説明する（１０進数で２５０）。
第１の方法（ｂ）：下位４ビットの情報を４ビット分、シフトアップさせる。
第２の方法（ｃ）：上位４ビットと下位４ビットを入れ替える。

第１、第２の何れの方法も、入力値に更に１６階調分の小数点領域を持たせるのと同じ効果（以下、擬似ビット拡張処理という）が有り、平滑化処理の範囲（広さ）に応じて、より自然な中間値を取ることが可能となる。

また、第１、第２の何れの方法でも、例えば「００００１１１１」（１０進数で１５）を擬似ビット拡張で「１１１１００００」（１０進数で２４０）として処理できる（ハーフトーン処理演算で使用する閾値なども同様に擬似ビット拡張するため、ドットの生成比率自体はほとんど変わらない）。

次に、誤差拡散処理における擬似ビット拡張処理について説明する。
図２は、２値誤差拡散処理を説明する図である。図２（ａ）は従来の誤差拡散処理の構成を示し、１０１は誤差が記録された誤差バッファ（ｃ）、１０２は所定の重み係数が記録された誤差ウエイトマトリクス（ｄ）、１０３は積和部、１０４は加算器、１０５は閾値処理部、１０６は減算器である。

誤差拡散処理は、着目画素の入力値に対して、既にドットＯＮ／ＯＦＦの判定が終わった（ｂ）、誤差バッファ１０１に記録された周辺画素位置における誤差値（量子化誤差（ｃ））に、ウエイト１０２（ｄ）を用いて積和部１０３で加重平均し、既処理画素の誤差値Ｅを求め、既処理画素の誤差値Ｅが加算器１０４で入力画素値に加算され、補正画素値を算出する。閾値処理部１０５では、この補正画素値と閾値とを比較し、閾値より大きければドットＯＮ（２５５相当）、小さければドットＯＦＦ（０相当）の出力画素値を出力する。減算器１０６では、補正画素値と出力画素値の差を求め、その差が着目画素の誤差値となり、誤差バッファ１０１の対応する画素位置に記録される。

図２は、誤差拡散処理の説明を簡単にするため、２値誤差拡散処理の場合について示したが、多値誤差拡散処理の場合（濃淡インクを用いて異なる濃度のドットを形成したり、大、中、小の異なるサイズのドットを形成する場合に多値誤差拡散処理が適用される）、ベタ＝２５５となる以前の段階で、例えば小ベタ（＝３０）や中ベタ（＝１２０）となるような中間の到達点と閾値（小領域閾値＝１５、中領域閾値＝６０）を設け、着目画素値がどの領域の範囲内にあるかを見て、閾値と、誤差演算のための減算値を切り換えることにより実現できる（図３）。

この誤差拡散処理に擬似ビット拡張処理を適用する場合、演算に必要な全てのデータの桁数をそろえるため、着目画素の入力値だけでなく、周辺画素の誤差値、誤差拡散処理閾値、更に誤差演算のための減算値にも擬似ビット拡張処理が適用される必要がある。着目画素値および誤差拡散閾値、減算値の３つは、着目画素値が擬似ビット拡張の必要があるハイライト部の階調値であるかどうかを見てから拡張処理を行えばよいが、周辺画素の誤差値に関しては、擬似ビット拡張が行われた上での誤差値なのか、そうでないのかの情報を引き継ぐ必要がある（擬似ビット拡張処理を二重に実施しないようにするため）。

そこで、本発明では、周辺画素で擬似ビット拡張処理が行われたか否かの情報を、周辺画素の誤差値の最下位ビットを使用してフラグを管理することで、周辺画素の誤差値が擬似ビット拡張処理済みであるのか、そうでないのかを判断する。ここで、最下位ビットを使用するのは、最下位ビットは値として１の重みしか持たないので、ミドルからシャドー部の画素演算に使用される誤差値としても、擬似ビット拡張済みの誤差値としても微々たる影響しかなく（図４）、また、フラグ管理のために別途バッファを設けなくても済むからである。
図４は、誤差バッファに記録された周辺画素の誤差値の格納例を示す。最下位ビットが０のとき、擬似ビット拡張されていないことを示し、最下位ビットが１のとき、擬似ビット拡張されていることを示す。擬似ビット拡張されなかった画素の誤差の場合、ミドルからシャドー部にかけての画素のため、入力画素値が数１０〜２５５レベルであるので、誤差値の１は、ほとんど影響はない。また、擬似ビット拡張された画素の誤差の場合、誤差値のレベルが数１０〜２５５程度まで、大きな値に変更されているので、１が加算されてもほとんど影響はない。
図５は、本発明の実施例の構成を示す。図２に示す構成に、ハイライト判定部１０７、擬似ビット拡張処理を指示する制御部１０８、平滑化部１０９を追加している。

図６は、本発明の実施例の処理フローチャートを示す。データが入力されてから（ステップ２０１）、ハイライト判定部１０７は、入力値（着目画素値）が擬似ビット拡張を必要とするハイライト部であるか否か（入力値が所定値以下であるか否か）を判定し（ステップ２０３）、入力値が所定値以下であるとき、制御部１０８は、誤差バッファ１０１に記録された、周辺画素位置の誤差値最下位１ビットを参照する。図２（ｃ）の例では、誤差バッファ１０１のウエイトマトリクスに対応した、着目画素の周辺画素位置ｅ１０、ｅ２０、．．．ｅ１２、ｅ２２の誤差値の最下位１ビットを参照する。

参照の結果、誤差値の最下位１ビットが１でないとき（ステップ２０５でＮｏ）、制御部１０８は、最下位１ビットが１でない周辺画素の誤差値に対して擬似ビット拡張処理を指示する（ステップ２０６）。誤差値の最下位１ビットが１であるとき（ステップ２０５でＹｅｓ）、擬似ビット拡張処理された誤差値であるので、制御部１０８は、入力値（着目画素値）と周辺画素値（図２（ｂ）に示す既に処理された周辺画素の元の画素値）に対して擬似ビット拡張処理を指示する（ステップ２０７、２０８）。

平滑化部１０９は、着目画素値と周辺画素値との階調差（段差）をなくし、階調変化を滑らかにするために着目画素値を平滑化する（ステップ２０９）。図２では、例えば着目画素に隣接する画素（ｅ２２、ｅ１２など）の画素値を用いて平滑化し、平滑化後の画素値が着目画素の画素値となる。また、着目画素値と周辺画素値が擬似ビット拡張されているので、大きな値で平滑化処理を実施できる。

制御部１０８は、閾値、誤差値Ｅに対して擬似ビット拡張処理を指示し（ステップ２１０）、擬似ビット拡張処理された着目画素値、閾値、補正画素値により誤差拡散処理を実施し（ステップ２１１）、減算器１０６により擬似ビット拡張処理された着目画素の誤差値を算出し（ステップ２１２）、着目画素の誤差値の最下位ビットを１に変更して誤差バッファ１０１に記録する（ステップ２１３）ことで、１画素分の処理が終わる。これを全ての画素に対して処理を繰り返すことで、擬似ビット拡張処理を含めた誤差拡散処理が終了する。

ステップ２０３で入力値がハイライトでないときは、制御部１０８は、ステップ２１７で誤差値の最下位ビットを参照し、最下位ビットが１のときは（ステップ２１８でＹｅｓ）、最下位ビットを０に設定することにより、擬似ビット拡張処理を無効にし（ステップ２１９）、通常の誤差拡散処理を実施し（平滑部はスルー）（ステップ２２０）、着目画素の誤差値の最下位ビットを０に変更して誤差バッファ１０１に記録する（ステップ２２１）。

本発明は、ハイライト部における階調性の改善を目指したものであるため、所定レベルより小さい画素値が入力された場合にのみ擬似ビット拡張処理が適用される必要がある。この場合のレベルとは、上下／下位ビットの入れ替えを前提として、少なくとも１６階調未満（最大２５５階調）である。更には、入力画素値に応じて閾値が可変となる誤差拡散処理では、入力画素値が小さいほど小さい閾値が適用される（ドットの生成遅れを軽減する）ため、このような閾値に対しても擬似ビット拡張することを前提とし、着目画素値が８階調以下の階調値の場合に、擬似ビット拡張処理が行われるようにすることが好ましい。

また、画像のオブジェクト（例えば文字、線画等）によっては、階調再現性の向上が必ずしも必要ではないので、記録モード毎や画像オブジェクト毎に、本発明の処理を適用する／しないを設定しても良い。更に、適用の可否については、予め基本設定として組み込まれていても良いし、ユーザーが直接入力もしくは、外部からネットワークを介して指示するようにしても良い。

本発明は、ドットで階調を表現する記録システム（画像形成装置）を例に説明したが、画素そのものが多段階に発光して階調を表現する表示装置（液晶／ＣＲＴディスプレイ等）においても、単一画素の階調再現力を補うためにハーフトーン処理を併用する場合などに、本発明を適用することが可能である。

本発明は、前述した実施例の機能を実現するソフトウエアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施例の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれる。さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される場合も含まれる。また、本発明の実施例の機能等を実現するためのプログラムは、ネットワークを介した通信によってサーバから提供されるものでも良い。

１０１ 誤差バッファ
１０２ 誤差ウエイトマトリクス
１０３ 積和部
１０４ 加算器
１０５ 閾値処理部
１０６ 減算器
１０７ ハイライト判定部
１０８ 制御部
１０９ 平滑化部

特許第４４６３７０５号公報

Claims (13)

1. 誤差拡散処理により、入力画像の階調数をより少ない階調数の出力画像に変換する画像処理装置において、前記入力画像の着目画素値が所定値以下であるか否かを判定する判定手段と、所定値以下であると判定されたとき、前記着目画素の周辺画素の誤差値の最下位ビットのフラグ情報を参照し、前記フラグ情報が設定されているとき、前記周辺画素の誤差値の上位ビットと下位ビットを入れ替え、または下位ビットを上位ビット位置までシフトすると共に、前記誤差拡散処理に使用する各値の上位ビットと下位ビットを入れ替え、または下位ビットを上位ビット位置までシフトしてから前記誤差拡散処理を指示する制御手段を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記制御手段は、前記誤差拡散処理により算出された前記着目画素の誤差値の最下位ビットに、前記入れ替え、または前記シフトしたことを示すフラグ情報を設定することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記入れ替え、または前記シフトした前記着目画素に対して平滑化する平滑化手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の画像処理装置。
4. 前記誤差拡散処理は、前記入力画像をドットの配置に変換して、記録媒体上にドットの出力画像を形成する装置における処理であることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
5. 前記誤差拡散処理は、前記入力画像をドットの種類および配置に変換して、記録媒体上に複数のサイズまたは濃度のドットを用いて出力画像を形成する装置における処理であることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
6. 前記誤差拡散処理は、前記入力画像をドットの配置に変換して、表示媒体上にドットの出力画像を形成する装置における処理であることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至３、６のいずれか１項に記載の画像処理装置を搭載したことを特徴とする画像表示装置。
9. 記録媒体上にドットを形成して画像を表現する画像形成装置において、入力多値画像データを誤差拡散処理によりドット配置データに変換する画像処理方法であって、着目画素の入力値が所定値以下の場合、周辺画素の誤差値の最下位ビット情報を参照して、周辺画素の誤差値の上位ビットと下位ビットを入れ替え、または下位ビットを上位ビット位置までシフトすると共に、誤差拡散処理演算に使用する各値の上位ビットと下位ビットを入れ替えて、または下位ビットを上位ビット位置までシフトしてから誤差拡散処理演算を行い、ドット形成の有無を判定した後、算出された着目画素の誤差値の最下位ビットに、前記入れ替えたことを示す、または前記シフトしたことを示すフラグ情報を書き込む処理を行うことを特徴とする画像処理方法。
10. 記録媒体上に複数のサイズまたは濃度のドットを用いて画像を表現する画像形成装置において、入力多値画像データを誤差拡散処理によりドットの種類および配置データに変換する画像処理方法であって、着目画素の入力値が最小ドットまたは最淡ドットで表現される階調区間内の所定値以下の場合、周辺画素の誤差値の最下位ビット情報を参照して、周辺画素の誤差値の上位ビットと下位ビットを入れ替え、または下位ビットを上位ビット位置までシフトすると共に、誤差拡散処理演算に使用する各値の上位ビットと下位ビットを入れ替えて、または下位ビットを上位ビット位置までシフトしてから誤差拡散処理演算を行い、ドット形成の有無を判定した後、算出された着目画素の誤差値の最下位ビットに、前記入れ替えたことを示す、または前記シフトしたことを示すフラグ情報を書き込む処理を行うことを特徴とする画像処理方法。
11. 表示媒体上にドットを形成して画像を表現する画像表示装置において、入力多値画像データを誤差拡散処理によりドット配置データに変換する画像処理方法であって、着目画素の入力値が所定値以下の場合、周辺画素の誤差値の最下位ビット情報を参照して、周辺画素の誤差値の上位ビットと下位ビットを入れ替え、または下位ビットを上位ビット位置までシフトすると共に、誤差拡散処理演算に使用する各値の上位ビットと下位ビットを入れ替えて、または下位ビットを上位ビット位置までシフトしてから誤差拡散処理演算を行い、ドット形成の有無を判定した後、算出された着目画素の誤差値の最下位ビットに、前記入れ替えたことを示す、または前記シフトしたことを示すフラグ情報を書き込む処理を行うことを特徴とする画像処理方法。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の画像処理方法をコンピュータに実現させるためのプログラム。
13. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の画像処理方法をコンピュータに実現させるための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。

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