JP2012186714A - 画像処理装置及び方法、並びに画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】記録ヘッドに対する記録媒体の相対移動方向を第1方向、第1方向に垂直な方向を第2方向とするとき、記録ヘッドは、ノズル列が第1方向に複数列配置された2次元ノズル配列を備え、多値化手段は、第1方向にブルーノイズ特性を持ち、第2方向にグリーンノイズ特性を持つドットパターンを表すN値の画像データを生成し、当該周波数特性を持つドットパターンによって階調表現を行う。パターンの周波数成分を第2方向に積算したとき、第1方向では極大がナイキスト周波数付近にあり、パターンの周波数成分を第1方向にナイキスト周波数の1/2よりも高周波側で積算したとき、第2方向では波数0の成分が抑制され、極大がナイキスト周波数よりも低周波の中周波領域にある。
【選択図】図5
Description
図1は、2次元ヘッドと印刷媒体との相対移動によって印刷媒体上にドットが記録される場合の着弾順(打滴順)の説明図である。図1の下から上に向かって印刷媒体(用紙)が搬送される。用紙の送り方向を「y方向」とし、送り方向に垂直な用紙幅方向(送り垂直方向)を「x方向」とする。y方向は「第1方向」に相当し、x方向は「第2方向」に相当する。
着弾液滴の合一現象は、以下の理由により発生する。
スジムラは吐出位置精度(着弾位置精度)の悪化により、ドットが不均一に配置されることで発生する。吐出位置精度の悪化の主な要因は、吐出方向ばらつきである。吐出方向ばらつきは、多くの場合、ノズル内でのばらつきよりも、ノズル間のばらつきの方が顕著である。ノズルが送り垂直方向(x方向)に多数並んでいる本構成の場合、ノズル間のばらつきに起因して、送り垂直方向に、送り方向に向けたスジが発生する。その一方で、これと垂直な方向のスジムラは、以下の理由により発生しにくい。
本実施形態では、ドット合一現象を回避するために、送り方向にはドットを高周波に配置する(すなわち、y方向になるべくドットを連ならせない)。なお、送り方向に関しては、ノズル内のばらつきが小さく、吐出位置精度が高いので、非常に高周波にドットを配置しても、スジムラは発生しない。さらに、合一現象が抑制されるだけでなく、パターンとしても高周波なので粒状も良化する。
ドットの合一現象により粒状が悪化する問題は既に説明したが、この現象は特に、ドットの配置が密となるシャドウ領域で顕著である。この現象を図4で説明する。
(1)マスクパターンについて
本例で用いるマスクパターンを図5(a)に示す。これは、図2で説明したパターンと同様のものとなっている。図5(a)に示したように、このマスクパターンは、送り方向に関して高周波(略1画素おき)に領域が分割されており、送り垂直方向は、送り方向と比較して低周波側に重みがおいてあり、かつ低周波成分が抑制されている(図3の周波数特性参照)。
このように、中間調及びシャドウの少なくとも一部の階調でマスクパターン(図5(a))によって分割された領域のドットを分散させながらドット数を変化させて階調表現を行う。例えば、シャドウにおいては、マスクパターンで分割された片側領域(マスクパターンの黒部の領域)をドットで埋め、残りの領域(白部の領域)のドット数を変化させて階調表現を行う。なお、このときドットは分散配置にする。
ドットサイズ(吐出液滴量)の異なる複数種類のドットを選択的に記録できる記録ヘッドが用いられる場合には、ドットパターンの形成に際して、以下のような形態とすることが好ましい。ここでは、説明を簡単にするために、大小2種類のドットを打ち分けられる場合を例に説明する。
上述したドット配置によれば、隣接ドットの平均的な着弾時間差を比較的長く取れるため、ドット合一現象による粒状悪化を抑制できる。また、この構成によると、送り方向に着弾位置精度(吐出精度)が高く、送り垂直方向に着弾位置精度(吐出精度)が低い画像形成装置について、良好な画像を得ることができる。すなわち、送り方向についてドットは高周波に分布して配置されているが、着弾位置精度が高いのでムラにならず、粒状を良化させることができる。また、送り垂直方向に関して着弾位置精度が多少悪くても、この方向にドットが連なっているため、着弾位置誤差によるスジの視認性を抑制することができる。
(第1の方法:ディザマトリックスによる方法)
上述したドット配置を生成するディザマトリクスの生成方法を以下に示す。
図8は、他の例によるディザマトリクスの生成処理のフローチャートである。
図7のステップS11、S13〜S14、図8のステップS21、S23A、S23Bで示した各階調パターンの生成処理は、ドットを置ける位置を制限する条件である制約条件をもとに、乱数で発生させた初期パターン(初期パターン生成処理)を、前記制約条件とパターンの評価値にしたがい、ドットを順次入れ替える処理を通じて、評価値に関してパターンを最適化することで生成される。
図3で説明した周波数特性を持つパターンを作成するために必要な評価フィルタの設定方法等について以下に説明する。
初期階調は、図3で説明したように、本実施例におけるマスクパターンの特性を実現するパターンを生成する。すなわち、マスクパターンの実空間の模式図が図2、マスクパターンの周波数特性は図3に示される。
このようなパターンを生成するための評価フィルタは、図12のフローチャートに従い生成される。すなわち、まず、実空間上でフィルタを設計する(ステップS81)。基本的には中央(=畳み込みの際に、(0,0)となる成分)から距離の関数として減少するような関数とする。
初期階調以外の他の階調は、ディザの特性上、初期階調の特性が反映される。すなわち、制約条件として、初期階調のパターンを内包するパターンが適用される。したがって、ある程度任意の評価フィルタを使っても所望の特性は実現できる。
上述の評価フィルタを設定すると、制約条件としては、初期階調については、制約条件無し、その他の階調ではディザマトリクス一般に要求される、階調の関係性からくる制約条件のみでディザを作成することによって所望の特性を実現できる。
(第2の方法:ディザマトリクスと誤差拡散法を併用する方法)
次に、ディザマトリクスと誤差拡散法を併用して量子化を行うハーフトーン処理の例を説明する。
ここでは、ディザマトリクスと誤差拡散法を併用する量子化処理の例について説明する。図16は、本実施形態の各画素の量子化処理を示すフローチャートである。図16において、dither[x][y]は二次元ディザマトリクスの成分を表す。th_dth[i][level]はディザマトリクスと比較する閾値を示す(i=0,1,2)。th_edf[level]は誤差拡散閾値を示す。dot[j][level]は階調値(level)ごとに{滴無し、小滴、中滴、大滴}のうちいずれかのドットサイズに対応付けられる(j=0,1,2,3)。
参考のために、図17に本実施例により作成したディザマトリクスの具体例を示した。実際に作成したディザマトリクスは、192×192のマトリクスサイズ有するが、図示の都合上、ここでは、その一部(全体における左上部分)の「32×32」の範囲のみを示した。
図18は、本実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示すブロック図である。画像形成装置50は、記録ヘッド60と、記録ヘッド60による記録動作を制御するヘッド制御装置70とから構成される。
本実施形態で説明した画像処理技術は、以下のような装置構成に適用することができる。
図19は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の構成例を示す全体構成図である。本例のインクジェット記録装置100は、主として、給紙部112、処理液付与部(プレコート部)114、描画部116、乾燥部118、定着部120、及び排紙部122から構成されている。インクジェット記録装置100は、描画部116のドラム(描画ドラム170)に保持された記録媒体124(以下、便宜上「用紙」と呼ぶ場合がある。)にインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yから複数色のインクを打滴して所望のカラー画像を形成するシングルパス方式のインクジェット記録装置であり、インクの打滴前に記録媒体124上に処理液(ここでは凝集処理液)を付与し、処理液とインク液を反応させて記録媒体124上に画像形成を行う2液反応(凝集)方式が適用されたドロップオンデマンドタイプの画像形成装置である。
給紙部112には、枚葉紙である記録媒体124が積層されており、給紙部112の給紙トレイ150から記録媒体124が一枚ずつ処理液付与部114に給紙される。本例では、記録媒体124として、枚葉紙(カット紙)を用いるが、連続用紙(ロール紙)から必要なサイズに切断して給紙する構成も可能である。
処理液付与部114は、記録媒体124の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部116で付与されるインク中の色材(本例では顔料)を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。
描画部116は、描画ドラム(「描画胴」或いは「ジェッティング胴」とも言う)170、用紙抑えローラ174、及びインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yを備えている。各色のインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Y及びその制御装置として、図18で説明した記録ヘッド60とヘッド制御装置70の構成が採用されている。
乾燥部118は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、乾燥ドラム(「乾燥胴」とも言う)176、及び溶媒乾燥装置178を備えている。乾燥ドラム176は、処理液ドラム154と同様に、その外周面に爪形状の保持手段(グリッパー)177を備え、この保持手段177によって記録媒体124の先端を保持できるようになっている。
定着部120は、定着ドラム(「定着胴」とも言う)184、ハロゲンヒータ186、定着ローラ188、及びインラインセンサ190で構成される。定着ドラム184は、処理液ドラム154と同様に、その外周面に爪形状の保持手段(グリッパー)185を備え、この保持手段185によって記録媒体124の先端を保持できるようになっている。
定着部120に続いて排紙部122が設けられている。排紙部122は、排出トレイ192を備えており、この排出トレイ192と定着部120の定着ドラム184との間に、これらに対接するように渡し胴194、搬送ベルト196、張架ローラ198が設けられている。記録媒体124は、渡し胴194により搬送ベルト196に送られ、排出トレイ192に排出される。搬送ベルト196による用紙搬送機構の詳細は図示しないが、印刷後の記録媒体124は無端状の搬送ベルト196間に渡されたバー(不図示)のグリッパーによって用紙先端部が保持され、搬送ベルト196の回転によって排出トレイ192の上方に運ばれてくる。
次に、インクジェットヘッドの構造について説明する。各色に対応するインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号250によってヘッドを示すものとする。
図23は、インクジェット記録装置100のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置100は、通信インターフェース270、システムコントローラ272、プリント制御部274、画像バッファメモリ276、ヘッドドライバ278、モータドライバ280、ヒータドライバ282、処理液付与制御部284、乾燥制御部286、定着制御部288、メモリ290、ROM292、エンコーダ294等を備えている。
上記実施形態では、記録媒体124に直接インク滴を打滴して画像を形成する方式(直接記録方式)のインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、一旦、中間転写体上に画像(一次画像)を形成し、その画像を転写部において記録紙に対して転写することで最終的な画像形成を行う中間転写型の画像形成装置についても本発明を適用することができる。
上述の実施形態では、停止したヘッドに対して記録媒体を搬送する構成を例示したが、本発明の実施に際しては、停止した記録媒体(被描画媒体)に対してヘッドを移動させる構成も可能である。なお、シングルパス方式のフルライン型の記録ヘッドは、通常、記録媒体の送り方向(搬送方向)と直交する方向に沿って配置されるが、搬送方向と直交する方向に対して、ある所定の角度を持たせた斜め方向に沿ってヘッドを配置する態様もあり得る。
「記録媒体」は、記録素子によってドットが記録される媒体の総称であり、印字媒体、被記録媒体、被画像形成媒体、受像媒体、被吐出媒体など様々な用語で呼ばれるものが含まれる。本発明の実施に際して、被記録媒体の材質や形状等は、特に限定されず、連続用紙、カット紙、シール用紙、OHPシート等の樹脂シート、フイルム、布、配線パターン等が形成されるプリント基板、ゴムシート、その他材質や形状を問わず、様々な媒体に適用できる。
上記の実施形態では、グラフィック印刷用のインクジェット記録装置への適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、電子回路の配線パターンを描画する配線描画装置、各種デバイスの製造装置、吐出用の機能性液体として樹脂液を用いるレジスト印刷装置、カラーフィルター製造装置、マテリアルデポジション用の材料を用いて微細構造物を形成する微細構造物形成装置など、液状機能性材料を用いて様々な形状やパターンを描画するインクジェットシステムに広く適用できる。
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
Claims (19)
- 液滴を吐出する吐出口としての複数のノズルが配列されたノズル列を有する記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させて前記ノズルからの打滴により前記記録媒体上に画像を形成するための2値又は多値の画像データを生成する画像処理装置であって、
多階調(M値)の元画像データに対して量子化処理を行い、前記元画像データよりも低階調のN値の画像データに変換する多値化手段を有し(ただし、M、Nは、M>N≧2を満たす整数)、
前記記録ヘッドに対する前記記録媒体の相対移動方向を第1方向、前記記録媒体上の前記第1方向に垂直な方向を第2方向とするとき、前記記録ヘッドは、前記第1方向に前記ノズル列が複数列配置された2次元のノズル配列を備え、
前記多値化手段は、前記第1方向にブルーノイズ特性を持ち、前記第2方向にグリーンノイズ特性を持つドットパターンを表すN値の画像データを生成し、当該周波数特性を持つ前記ドットパターンによって階調表現を実現することを特徴とする画像処理装置。 - 前記ドットパターンの周波数成分を前記第2方向に積算したとき、前記第1方向では極大がナイキスト周波数付近にあり、前記ドットパターンの周波数成分を前記第1方向について前記ナイキスト周波数の1/2よりも高周波側の周波数域で積算したとき、前記第2方向では波数0の成分が抑制され、極大がナイキスト周波数よりも低周波の中周波領域にあることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記ドットパターンは、前記第2方向に複数個のドットが連続して連なる第2方向線分パターンが前記第1方向に関して記録解像度の2倍の周期で配置された構成からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。
- 前記第1方向に隣り合って並ぶ前記第2方向線分パターンの間に、これら第2方向線分パターン同士をつなぐドットが配置されることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記記録ヘッドは前記ノズルから吐出する液滴の量を異ならせることによってドットサイズの異なる複数種類のドットを記録することができ、
前記多値化手段は、前記記録ヘッドによって記録可能なドットの大きさの種類数に応じたN値の画像データを生成し、
前記第2方向線分パターンは、前記複数種類のドットのうち、相対的に小さなドットによって形成され、
前記第1方向に隣り合って並ぶ前記第2方向線分パターン同士をつなぐ前記ドットとして、前記複数種類のドットのうち、相対的に大きなドットが形成されることを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記第2方向線分パターンを記録するドットのドット径は、前記第1方向の記録解像度周期の2倍以下であることを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記記録ヘッドは前記ノズルから吐出する液滴の量を異ならせることによってドットサイズの異なる複数種類のドットを記録することができ、
前記多値化手段は、前記記録ヘッドによって記録可能なドットの大きさの種類数に応じたN値の画像データを生成し、
前記第2方向線分パターンは、前記複数種類のドットのうち、相対的に小さなドットと大きなドットが前記第2方向に沿って交互に並んで配置されることを特徴とする請求項3又は4に記載の画像処理装置。 - 前記第2方向線分パターンを構成する前記相対的に小さなドットと大きなドットの平均ドット径が、前記第1方向の記録解像度の周期の2倍以上であることを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。
- 前記第1方向にブルーノイズ特性、前記第2方向にグリーンノイズ特性を持つマスクパターンによって画像領域を複数の領域に分割する領域分割手段を備え、
前記領域分割手段により分割された少なくとも一部の領域内に配置するドットの密度を変化させることで前記階調表現が行われることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記分割された領域のうち、前記マスクパターンと重なる領域を第1領域、前記第1領域の外側の領域を第2領域とするとき、
前記多値化手段は、相対的に低い階調域では、前記第1領域内に限ってドットを配置するという制約のもと前記第1領域内でドットの密度を変化させ、
相対的に高い階調域においては、前記第1領域の全てにドットを配置するとともに、前記第2領域のドットの密度を変化させることで前記階調表現が行われ、かつ前記第2の領域に配置されるドットは前記第2方向に分散して配置されることを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。 - 前記第2領域に配置されるドットは、第1領域に配置されるドットとは異なるサイズのドットであることを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。
- 前記第1領域を埋めるドットのドット径は、前記第1方向の記録解像度の2倍以下であることを特徴とする請求項10又は11に記載の画像処理装置。
- 前記分割された領域のうち、前記マスクパターンと重なる領域を第1領域、前記第1領域の外側の領域を第2領域とするとき、
前記多値化手段は、相対的に低い階調域では、前記第1領域内に限ってドットを配置するという制約のもと前記第1領域内でドットの密度を変化させ、
相対的に高い階調域においては、前記第1領域内で、異なるサイズのドットの使用比率を変化させることで前記階調表現が行われ、前記異なるサイズのドットは前記第2方向に連なる際にサイズが高周波に変化するように配置されることを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。 - 前記第2方向に連なって配置される前記異なるサイズの複数のドットのサイズの平均は、前記第1方向の記録解像度の周期の2倍以上であることを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。
- 前記領域分割手段は、前記第1方向にブルーノイズ特性、前記第2方向にグリーンノイズ特性を持つディザマトリクスを用いて実現されていることを特徴とする請求項9から14のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記元画像データの画素の量子化によって発生する量子化誤差を周辺の未量子化画素に拡散し、当該拡散された前記量子化誤差と、各画素の階調値と、前記領域分割手段によって分割される領域に応じた処理の制約条件とに基づいて、各画素の量子化が行われることを特徴とする請求項9から15のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記量子化誤差の拡散は、前記周辺画素に対して均等に誤差を分配するときと比較して、前記第2方向により多くの誤差が拡散されることを特徴とする請求項16に記載の画像処理装置。
- 液滴を吐出する吐出口としての複数のノズルが配列されたノズル列を有する記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させて前記ノズルからの打滴により前記記録媒体上に画像を形成するための2値又は多値の画像データを生成する画像処理方法であって、
多階調(M値)の元画像データに対して量子化処理を行い、前記元画像データよりも低階調のN値の画像データに変換する多値化工程を有し(ただし、M、Nは、M>N≧2を満たす整数)、
前記記録ヘッドに対する前記記録媒体の相対移動方向を第1方向、前記記録媒体上の前記第1方向に垂直な方向を第2方向とするとき、前記記録ヘッドは、前記第1方向に前記ノズル列が複数列配置された2次元のノズル配列を備え、
前記多値化工程は、前記第1方向にブルーノイズ特性を持ち、前記第2方向にグリーンノイズ特性を持つドットパターンを表すN値の画像データを生成し、当該周波数特性を持つ前記ドットパターンによって階調表現を実現することを特徴とする画像処理方法。 - 液滴を吐出する吐出口としての複数のノズルが配列されたノズル列を有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドと記録媒体とを相対的に移動させる相対移動手段と、
請求項1から17のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
前記画像処理装置で生成された前記N値の画像データに基づいて前記記録ヘッドの前記ノズルからの液滴の吐出動作を制御する記録制御手段と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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