JP2020088449A - 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ハーフトーン処理した後の画像において画像補正処理の補正効果をより忠実に再現する。【解決手段】画像処理装置１００は、画像形成装置１０２の出力特性に応じて入力画像を補正する第１の補正部（例えば、明度補正部１０５）と、第１の補正部により補正された画素の画素値を、所定の表現範囲内にクリッピングし、クリッピング量を保存するクリッピング処理部１０７と、クリッピング処理部１０７がクリッピングした後の画像をハーフトーン処理するハーフトーン処理部１０８と、クリッピング処理部１０７により保存されたクリッピング量に基づき、ハーフトーン処理した後の画像の画素値を補正するハーフトーン画像補正部１１０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に出力する画像データの画像処理に関する。

例えば、画像形成装置は、ハーフトーン処理された画像データを、紙などの記録媒体上に色材を用いて画像として形成する。このような画像形成装置では、その特性に起因して、入力された画像データの忠実な画像形成が妨げられることがある。そのため、画像データをハーフトーン処理する前に、画像補正処理が行われている。

例えば、特許文献１は、画像形成装置の光学伝達特性に応じた画像補正処理を開示している。

特開２０１１−２４０４９号公報

しかしながら、上述したような画像補正処理を行った後、補正後の画素値がデータの表現範囲を超過した場合には、補正後の画素値をデータの表現範囲内に収めるためにクリッピング処理が行われることがある。そのため、クリッピング処理によって画素値が変化すると、ハーフトーン処理した後の画像において画像補正処理の補正効果を十分に再現することができなかった。

本発明は、そのような問題に鑑みてなされたものであり、ハーフトーン処理した後の画像において画像補正処理の補正効果をより忠実に再現することを目的とする。

本発明の一実施形態における画像処理装置は、画像形成装置の出力特性に応じて入力画像を補正する第１の補正手段と、前記第１の補正手段により補正された画素の画素値を、所定の表現範囲内にクリッピングし、クリッピング量を保存するクリッピング処理手段と、前記クリッピング処理手段がクリッピングした後の画像をハーフトーン処理するハーフトーン処理手段と、前記クリッピング処理手段により保存されたクリッピング量に基づき、前記ハーフトーン処理した後の画像の画素値を補正する第２の補正手段とを有する。

本発明によると、ハーフトーン処理した後の画像において画像補正処理の補正効果をより忠実に再現することができる。

第１の実施形態における画像処理装置の機能構成図。 第１の実施形態における画像処理のフローチャート。 第１の実施形態における特徴量算出処理のフローチャート。 第１の実施形態における明度補正処理のフローチャート。 第１の実施形態における明度補正係数テーブルの例。 第１の実施形態におけるＰＷＭ補正テーブルの例。 第１の実施形態におけるハーフトーン画像の補正例。 第１の実施形態におけるハーフトーン画像補正処理のフローチャート。 第１の実施形態におけるハーフトーン画像の画素値補正例。 第１の実施形態におけるハーフトーン画像の画素値補正例。 第２の実施形態における画像処理装置の機能構成図。 第２の実施形態における画像処理のフローチャート。 第２の実施形態におけるＭＴＦ補正処理のフローチャート。 第２の実施形態における周波数特性計測チャートの例。 第３の実施形態における画像処理装置の機能構成図。 第３の実施形態における画像処理のフローチャート。 第３の実施形態におけるシャープネスフィルタの例。 第１〜第３の実施形態おける画像処理装置のハードウェア構成図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明に必須のものとは限らない。なお、同一の構成については、同じ符号を付して説明する。
（第１の実施形態）
＜画像処理システムの構成＞

図１は、本実施形態における画像処理装置の機能構成例を示す。画像処理装置１００は、画像を格納する画像記憶部１０１、及び電子写真方式の画像形成装置１０２に接続される。画像処理装置１００は、画像入力部１０３、特徴量算出部１０４、明度補正係数記憶部１０５、明度補正部１０６、クリッピング処理部１０７、及びハーフトーン処理部１０８を有する。さらに、画像処理装置１００は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）補正値記憶部１０９、ハーフトーン画像補正部１１０、及び画像出力部１１１を有する。なお、画像記憶部１０１は、ネットワークを介して接続されたサーバ装置でもよい。

画像入力部１０３は、画像記憶部１０１に格納された画像（以下、入力画像）を取得し、画像処理装置１００に入力する。

特徴量算出部１０４は、入力画像の注目画素の特徴量を算出する。本実施形態における特徴量は、注目画素を含む所定の領域の複数の画素値から求められる、周波数、振幅、及び平均明度を含む。

明度補正係数記憶部１０５は、画像の特徴量に応じた、画像形成装置１０２の明度補正係数を格納する。

明度補正部１０６は、特徴量算出部１０４で求められた注目画素の特徴量に応じて、明度補正係数記憶部１０５に格納された明度補正係数を取得する。さらに、明度補正部１０６は、取得した明度補正係数を用いて入力画像の明度補正を行ない、明度補正画像を生成する。すなわち、明度補正部１０６は、画像形成装置１０２の出力特性に応じて入力画像の明度補正を行なう。

クリッピング処理部１０７は、明度補正部１０６によって生成された明度補正画像の各画素に対して、画素値がデータの表現範囲上限（例えば、８ビット画像の場合２５５）を超過している場合、データ表現範囲上限値で画素値を置換する。また、クリッピング処理部１０７は、明度補正部１０６によって生成された明度補正画像の各画素に対して、画素値がデータの表現範囲下限（例えば、８ビット画像の場合０）を下回る場合、データ表現範囲下限値で画素値を置換する。そして、クリッピング処理部１０７は、クリッピング処理されたクリッピング後画像と、各画素のクリッピング量を格納したクリッピング量画像を生成する。

ハーフトーン処理部１０８は、クリッピング処理部１０７によって生成されたクリッピング後画像に対し、ハーフトーン処理を施して、ハーフトーン画像を生成する。

ＰＷＭ補正値記憶部１０９は、クリッピング量に応じたＰＷＭ補正値（例えば、画像形成装置１０２のＰＷＭ制御範囲が４ビット１６諧調の場合、−８から＋８の値）を格納する。

ハーフトーン画像補正部１１０は、クリッピング処理部１０７によって生成されたクリッピング量画像の各画素のクリッピング量に応じて、ＰＷＭ補正値記憶部１０９に格納されたＰＷＭ補正値を取得する。さらに、ハーフトーン画像補正部１１０は、取得したＰＷＭ補正値を用いて、ハーフトーン処理部１０８によって生成されたハーフトーン画像に対し、ＰＷＭ値の補正を行う。

画像出力部１１１は、ハーフトーン画像補正部１１０によって生成された補正後ハーフトーン画像を画像形成装置１０２に出力し、画像を記録媒体上に形成させる。
＜画像処理フロー＞

図２は、本実施形態における画像処理装置１００が実行する画像処理のフローチャートを示す。フローチャートで示される一連の処理は、画像処理装置１００のＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムコードをＲＡＭに展開し、実行することにより行われる。あるいはまた、フローチャートにおけるステップの一部または全部の機能をＡＳＩＣや電子回路等のハードウェアで実現してもよい。なお、各処理の説明における記号「Ｓ」は、当該フローチャートにおけるステップを意味する。後述するその他のフローチャートについても同様である。

まず、Ｓ０１で、画像入力部１０３は、画像記憶部１０１から入力画像の画像データを入力する。本実施形態において、入力画像データは、６００ｄｐｉの８ビットのグレー画像とする。入力画像データにおいて、画素値０は黒を表し、画素値２５５は白を表す。

Ｓ０２で、特徴量算出部１０４は、入力画像データから処理対象の画素（以下、注目画素）を選択する。本実施形態において、注目画素は、入力画像の左上を起点とし、ラスタスキャンの順で選択される。

Ｓ０３で、特徴量算出部１０４は、選択した注目画素の特徴量を算出する。前述したように、本実施形態における特徴量は、注目画素を含む所定の領域の複数の画素値から求められる、周波数、振幅、及び平均明度を含む。

図３は、Ｓ０３における特徴量算出処理の詳細なフローチャートを示す。

まず、Ｓ０３１で、特徴量算出部１０４は、注目画素を含む所定の領域の平均明度値を算出する。平均明度値は、所定の領域のすべての画素値の平均から求められる。本実施形態において、所定の領域は、注目画素を中心とした６５画素×６５画素の領域とする。ただし、所定の領域はこれに限らず、これとは異なる領域であってもよい。

Ｓ０３２で、特徴量算出部１０４は、注目画素を含む所定の領域の画像データに対してウェーブレット変換を行い、注目画素を含む所定の領域の画像データを周波数成分に分解する。

Ｓ０３３で、特徴量算出部１０４は、Ｓ０３２から出力された周波数成分のうち、最も強度の高い周波数を選択し、選択した周波数の強度を、実空間上の振幅値に変換し、注目画素における振幅値として保存する。

Ｓ０３において、入力画像データにおける各画素に対してＳ０３１からＳ０３３による処理を繰り返し、全画素の特徴量を算出する。

図２に戻り、Ｓ０４で、明度補正部１０６は、明度補正係数を明度補正係数記憶部１０５から注目画素の特徴量（周波数成分ごとの振幅値と平均明度値）を用いて選択し、選択した明度補正係数を用いて入力画像データを補正する。

図４は、Ｓ０４における明度補正処理の詳細なフローチャートを示す。

まず、Ｓ０４１で、明度補正部１０６は、注目画素の特徴量に応じた明度補正係数を、明度補正係数記憶部１０５から取得する。図５は、明度補正係数記憶部１０５に記憶されている明度補正係数テーブルの一例を示す。本実施形態における明度補正係数テーブル５００は、周波数（出力解像度）ごとに、明度平均値と振幅値が変化した場合の明度補正係数を格納している。すなわち、明度補正部１０６は、注目画素の周波数（出力解像度）に対応する明度平均値と振幅値の組み合わせに応じて、明度補正係数を明度補正係数テーブル５００から選択することで、明度補正係数を取得する。明度補正係数テーブル５００の生成方法については、後述する。なお、明度補正係数の取得方法は、出力画像における明度変化を補正する際に、出力画像の明度値を入力画像の明度値に等しくするような明度補正係数を取得することができればよく、その方法は限定されない。また、注目画素の特徴量に対応する明度補正係数が、明度補正係数記憶部１０５が記憶する離散的な明度補正係数に含まれない場合があり得る。その場合、注目画素の特徴量に近い明度補正係数を用いて、明度補正係数を補完演算してもよい。

Ｓ０４２で、明度補正部１０６は、Ｓ０４１で取得した明度補正係数に基づく補正値を、注目画素の画素値に加算する。具体的には、注目画素の画素値に対し、明度補正係数と注目画素の平均明度値との積を補正値として加算する。補正値が加算された画素値は、入力画像のデータ表現範囲外の数値（例えば、８ビットの場合０未満または２５５超）となる可能性があるため、データ表現範囲外の数値も格納可能なデータ型で格納する（例えば、ｆｌｏａｔ型）。

図２に戻り、Ｓ０５で、クリッピング処理部１０７は、明度補正後画像データにクリッピング処理を行い、クリッピング処理による画素値の変化、すなわち、画素値の差分（クリッピング量）を、クリッピング量画像における画素に保存する。

具体的には、明度補正後の注目画素の画素値が、入力画像データ表現範囲の最小値（８ビットの場合０）を下回る場合、クリッピング処理部１０７は、当該注目画素の画素値を入力画像データ表現範囲の最小値（０）に設定する（クリッピング処理）。さらに、クリッピング処理部１０７は、クリッピング量（すなわち、クリッピング処理前後の画素値の差分）として、クリッピング処理前の注目画素の画素値（マイナス値）を保存する。また、明度補正後の注目画素の画素値が、入力画像データ表現範囲の最大値（８ビット画像の場合２５５）を超える場合、クリッピング処理部１０７は、当該注目画素の画素値を入力画像データ表現範囲の最大値（２５５）に設定する（クリッピング処理）。さらに、クリッピング処理部１０７は、クリッピング量（すなわち、クリッピング処理前後の画素値の差分）として、クリッピング処理前の注目画素の画素値から入力画像データ表現範囲の最大値（２５５）を減算した値（プラス値）を保存する。なお、明度補正後の注目画素の画素値が入力画像データ表現範囲内にある場合は、明度補正後の画素値がそのまま使用される（すなわち、クリッピングは発生しない）。したがって、画素値の差分も生じないため、クリッピング量は０となる。

クリッピング後画像データは、入力画像データの表現範囲内に収まるため、入力画像データと同じデータ型（８ビット）で格納される。クリッピング量は、マイナス値となる可能性があるため、明度補正後画像データと同じデータ型（ｆｌｏａｔ型）、またはマイナス値を表現可能なその他のデータ型で記録される。

Ｓ０６で、入力画像のすべての画素を処理したか判定する。すべての画素が処理されていればＳ０７に進み、そうでなければＳ０２に戻り、入力画像の次の画素を処理する。

Ｓ０７で、ハーフトーン処理部１０８は、クリッピング後画像データにハーフトーン処理を行う。本実施形態では、クリッピング後画像データは、入力画像と同じ８ビットのグレー画像とする。ハーフトーン処理された画像は、入力画像より少ないビット数の画像データへ量子化される。量子化された画像データをハーフトーン画像データと呼ぶ。本実施形態におけるハーフトーン画像データは、４ビット１６値（０〜１５）とする。ハーフトーン画像データの画素値の最大値１５は、画像形成装置１０２によって出力された出力画像において、最大濃度（黒）となる。また、ハーフトーン画像データの画素値の最小値０は、出力画像において最小濃度（紙白）となる。ハーフトーン処理した後の画像の画素値は、パルス幅変調（ＰＷＭ）で表される値である。本実施形態における画像形成装置１０２は、電子写真方式であるので、公知のＡＭスクリーンによるハーフトーン処理が好適に適用できる。

Ｓ０８で、ハーフトーン画像補正部１１０は、Ｓ０５のクリッピング処理でクリッピングが発生していたか判定する。判定は、Ｓ０５で記録されたクリッピング量に０以外の値が含まれているかどうかで行う。クリッピング量に０以外の値が含まれている場合は、クリッピングが発生していたと判定される。クリッピングが生じていた場合、ハーフトーン画像補正を行うためＳ０９に進む。そうでない場合、ハーフトーン画像補正を行わずにハーフトーン画像データを画像形成装置１０２に出力するため、Ｓ１３に進む。

Ｓ０９で、ハーフトーン画像補正部１１０は、各画素のクリッピング量をＰＷＭ補正値へ変換する。変換は、ＰＷＭ補正値記憶部１０９に格納されているＰＷＭ補正テーブルを参照して行う。図６は、本実施形態におけるＰＷＭ補正テーブルの例を示す。ＰＷＭ補正テーブル６００は、クリッピング量とＰＷＭ補正値との対応関係を記憶する。すなわち、ハーフトーン画像補正部１１０は、ＰＷＭ補正テーブル６００を用いて、各画素のクリッピング量を、対応するＰＷＭ補正値に変換することができる。以下に、ＰＷＭ補正テーブル６００に格納されている数値について詳細に説明する。

クリッピング量が０である画素は、明度補正後画像データにおいてクリッピングが生じていない画素である。そのため、ＰＷＭ補正値は０に変換され、ハーフトーン画像に対する補正は行われない。

クリッピング量がプラスである画素は、クリッピングが生じており、明度補正後画像データにおいてデータ表現範囲の最大値（８ビット画像の場合２５５（白））よりも明るく補正したかった画素である。つまり、ハーフトーン画像補正部１１０では、ＰＷＭによる発光時間を短くし、最小濃度（白）の面積を広くすることが求められる。そのため、ＰＷＭ補正値はマイナス値に変換される。マイナスのＰＷＭ補正値がハーフトーン画像データの各画素に加算されることで、出力画像の最小濃度（白）の面積を広くすることができる。詳細フローについては、後述のＳ１１で説明する。図７（ａ）は、補正前のハーフトーン画像の例を示し、図７（ｂ）は、ＰＷＭ補正値がマイナスの場合のハーフトーン画像の補正例を示す。図７（ｂ）に示すように、後述するＳ１０からＳ１２の処理によって、元のライン幅よりも補正後のライン幅を狭める（白の面積を広くする）ことができる（すなわち、ハーフトーン画像内のラインオブジェクトに対する細らせ処理）。

クリッピング量がマイナスである画素は、クリッピングが生じており、明度補正後画像データにおいてデータ表現範囲の最小値（８ビット画像の場合０（黒））よりも暗く補正をしたかった画素である。つまり、ハーフトーン画像補正部１１０では、ＰＷＭによる発光時間を長くし、最大濃度（黒）の面積を広くすることが求められる。そのため、ＰＷＭ補正値はプラス値に変換される。プラスのＰＷＭ補正値がハーフトーン画像データの該当画素に加算されることで、出力画像の最大濃度（黒）の面積を広くすることができる。詳細フローについては、後述のＳ１１で説明する。図７（ｃ）は、ＰＷＭ補正値がプラスの場合のハーフトーン画像の補正例を示す。図７（ｃ）に示すように、後述するＳ１０からＳ１２の処理によって、元のライン幅よりも補正後のライン幅を広げる（黒の面積を広くする）ことができる（すなわち、ハーフトーン画像内のラインオブジェクトに対する太らせ処理）。

図２に戻り、Ｓ１０で、ハーフトーン画像補正部１１０は、ハーフトーン画像データから注目画素を選択する。本実施形態において、注目画素は、ハーフトーン画像の左上を起点とし、ラスタスキャンの順で選択される。

Ｓ１１で、ハーフトーン画像補正部１１０は、ハーフトーン画像データとＰＷＭ補正値を用いて、ハーフトーン画像補正を行う。図８は、Ｓ１１のハーフトーン画像補正処理の詳細なフローチャートを示す。また、図９は、Ｓ１１のハーフトーン画像補正処理による第一の画素値補正例を示す。第一の画素値補正例は、ＰＷＭ補正値がプラスの場合の補正例である。さらに、図１０は、Ｓ１１のハーフトーン画像補正処理による第二の画素値補正例を示す。第二の画素値補正例は、ＰＷＭ補正値がマイナスの場合の補正例である。

まず、Ｓ１１１で、ハーフトーン画像補正部１１０は、ハーフトーン画像の注目画素における周辺画素の画素値を取得する。ここでは、周辺画素を、注目画素を中心とした左右１画素とする。なお、周辺画素は、注目画素と連続した画素群であればよく、この限りではない。

図９の第一の画素値補正例において、ハーフトーン画像補正に使用するデータは、図９（ａ）に示すような、Ｓ０７で生成されたハーフトーン画像９０１と、Ｓ０９でクリッピング量から変換されたＰＷＭ補正値９０２である。図９（ｂ）は、Ｓ１０でハーフトーン画像９０１の第１画素（左端の画素）が注目画素として選択された場合の画素値補正例を示す。図９（ｂ）に示すように、Ｓ１１１では、ハーフトーン画像補正部１１０は、ハーフトーン画像９０４の丸で囲まれている注目画素に対し、左右１画素の周辺画素値を取得する。図９（ｂ）では、注目画素の左画素が存在しないため、左画素は画素値なし（＝画素値０）として処理する。

Ｓ１１２で、ハーフトーン画像補正部１１０は、注目画素における周辺画素のＰＷＭ補正値を取得する。第一の画素値補正例において、本ステップにおける周辺画素の定義はＳ１１１と同じとする。なお、周辺画素の定義はこれに限定されず、Ｓ１１１と同じでなくてもよい。図９（ｂ）の例では、ＰＷＭ補正値９０５が、本ステップで取得されたＰＷＭ補正値である。

Ｓ１１３で、ハーフトーン画像補正部１１０は、ハーフトーン画像の注目画素の画素値と、周辺画素のＰＷＭ補正値とを加算して、補正後ハーフトーン画像の注目画素の画素値を算出する。注目画素の画素アドレスをｉとすると、本ステップにおける加算処理は、以下の式（１）で表すことができる。

補正後ハーフトーン画像［ｉ］＝ハーフトーン画像［ｉ］＋（ＰＷＭ補正値［ｉ−１］＋ＰＷＭ補正値［ｉ］＋ＰＷＭ補正値［ｉ−１］）・・・（１）
図９（ｂ）の例では、式（１）により、補正後ハーフトーン画像９０６の注目画素の画素値は２となる。なお、本実施形態では、式（１）を用いて補正後ハーフトーン画像の画素値を算出したが、ハーフトーン画像の画素値とＰＷＭ補正値とを用いて画素値を算出する方法であれば、必ずしも上記の演算方法でなくともよい。

Ｓ１１４で、ハーフトーン画像補正部１１０は、補正後ハーフトーン画像の注目画素の画素値が、ＰＷＭ表現範囲内にあるか判定する。本実施形態では、ＰＷＭ値は４ビットで表されるため、ＰＷＭ表現範囲は０から１５である。図９（ｂ）の例では、補正後ハーフトーン画像９０６の注目画素の画素値は２であるため、ＰＷＭ表現範囲内にある。一方、図９（ｃ）は、補正後ハーフトーン画像の注目画素の画素値が、ＰＷＭ表現範囲を超える場合の例を示す。図９（ｃ）の例では、Ｓ１０でハーフトーン画像９０７の第２画素（左から２番目の画素）が注目画素として選択されている。この場合、Ｓ１１２でＰＷＭ補正値９０８が取得される。図９（ｃ）の例では、Ｓ１１３で算出した補正後ハーフトーン画像９０９の注目画素の画素値は１９となる。そのため、Ｓ１１４では、補正後ハーフトーン画像の注目画素の画素値がＰＷＭ表現範囲（最大値１５）を超えると判定され、Ｓ１１５に進む。なお、補正後ハーフトーン画像の注目画素の画素値がＰＷＭ表現範囲内にあると判定された場合は、Ｓ１１６に進む。

Ｓ１１５で、ハーフトーン画像補正部１１０は、補正後ハーフトーン画像の注目画素に対し、クリッピングを行う。図９（ｃ）の例では、補正後ハーフトーン画像９０９の注目画素の画素値は、１９から１５（ＰＷＭ表現範囲の最大値）へクリッピングされる。

Ｓ１１６で、ハーフトーン画像補正部１１０は、補正後ハーフトーン画像の注目画素に対し、ＰＷＭ位相制御を行う。ＰＷＭ位相制御とは、画素内のレーザの発光位置を主操作方向に右寄せまたは左寄せする技術である。例えば、補正後ハーフトーン画像の注目画素の周辺画素を探索し、注目画素の右隣画素に最大濃度（ＰＷＭ値１５）画素が存在する場合は、レーザの発光位置を右寄せとする。また、注目画素の左隣画素に最大濃度（ＰＷＭ値１５）画素が存在する場合は、レーザの発光位置を左寄せとする。左右両隣に最大濃度（ＰＷＭ値１５）画素が存在しない場合は、画素中心を基準としてレーザの発光位置を決定する。また、左右両隣に最大濃度（ＰＷＭ値１５）画素が存在する場合は、画素中心を基準としてレーザの発光位置を決定してもよいし、右寄せ、あるいは左寄せとしてもよい。このように、濃度（ＰＷＭ値）に応じて、注目画素と隣接画素との間でＰＷＭ波形を連続させることにより、濃度の連続性を保ち、画質を向上させることができる。

図２に戻り、Ｓ１２で、すべての画素を処理したか判定する。すべての画素が処理されていればＳ１３に進み、そうでなければＳ１０に戻り、次の画素を処理する。図９（ａ）は、第一の画素値補正例において、Ｓ１０、Ｓ１１、及びＳ１２の処理が終了した後の補正後ハーフトーン画像９０３を示す。補正後ハーフトーン画像９０３では、補正前のハーフトーン画像９０１の最小濃度（ＰＷＭ値０）の画素が、ＰＷＭ値２に補正されている。また、ＰＷＭ値２の画素は、右寄せまたは左寄せのフラグが付加されている。

図１０の第二の画素値補正例は、ＰＷＭ補正値がマイナスの場合の補正例を示し、上記フローと同様に処理を行うことにより、図１０（ａ）に示すような補正後ハーフトーン画像１００１を生成することができる。図１０（ｂ）の例では、ハーフトーン画像１００２の第１画素（左端の画素）は、Ｓ１１３の処理でＰＷＭ値−２となり、Ｓ１１５の処理でＰＷＭ値−２から０（ＰＷＭ表現範囲の最小値）へクリッピングされる。図１０（ｃ）の例では、ハーフトーン画像１００３の第２画素（左から２番目の画素）は、Ｓ１１３の処理でＰＷＭ値１３となり、Ｓ１１６の処理で右寄せのフラグが付加される。

Ｓ１３で、画像出力部１１１は、補正後ハーフトーン画像を画像形成装置１０２へ出力する。画像形成装置１０２は補正後ハーフトーン画像を参照し、電子写真方式の画像形成プロセスに従い画像を形成する。補正後ハーフトーン画像の多値（４ビット）の値は、露光プロセスにおける露光量ＰＷＭ制御に用いられる。すなわち、画像形成装置１０２内のＰＷＭ制御回路（図示せず）を通して画像形成装置１０２のレーザ発光時間を制御することで、画像の１画素相当内での濃度を変調する。
＜明度補正係数取得方法＞

明度補正係数記憶部１０５は、図５に示すように、周波数成分（出力解像度）ごとに、明度平均値と振幅値との複数の組合せに対する明度補正係数を記憶する。明度補正係数は、周波数、振幅値、および明度値を所定条件に設定した正弦波チャートを画像形成装置１０２に出力させ、出力された正弦波チャートの平均明度値と、出力前の正弦波チャートの平均明度値との差から算出する。注目画素の特徴量は、周波数成分ごとに算出されるため、平均明度値と振幅値に対応する明度補正係数を周波数成分ごとに取得することで、平均明度値と振幅値に対応する明度補正係数を全周波数成分において取得することができる。なお、チャートは正弦波に限定されるものではなく、矩形波でもよい。
＜ＰＷＭ補正テーブル取得方法＞

ＰＷＭ補正値記憶部１０９は、図６に示すように、クリッピング量とＰＷＭ補正値が記録されているＰＷＭ補正テーブル６００を記憶する。ＰＷＭ補正テーブル６００を生成するためには、まず、所定周波数の矩形波チャートにおいて、矩形波（ライン）の両隣画素に位相制御したＰＷＭ値を付加し、パッチを生成する。付加するＰＷＭ値を割り振り（例えば、−８から＋８）、その他のパッチも生成する。各種パッチを配置したチャートを生成し、画像形成装置１０２に出力させる。出力されたチャートの各パッチの平均明度値を測定器で測定し、ＰＷＭ値を割り振ったときに変動する平均明度値を記録する。平均明度値をクリッピング量となる画素値に変換することで、ＰＷＭ補正テーブル６００を生成することができる。

なお、本実施形態では矩形波チャートを使用したが、付加するＰＷＭ値を変更した場合の明度が取得できればよく、ラインチャートやハーフトーン処理が施されたチャートを使用してもよい。また、本実施形態では所定の周波数の矩形波チャートを用いたが、さらに周波数を割り振って、周波数ごとに複数のＰＷＭ補正テーブルを持ってもよい。または、スクリーン線数で固定される周波数でもよい。

また、本実施形態では、明度を用いて補正を行ったが、輝度や濃度を用いて補正を行なってもよい。

以上説明したように、本実施形態によると、ハーフトーン処理後の画像において、明度補正による補正効果をより忠実に再現することができる。
（第２の実施形態）

第１の実施形態では、入力画像に対して明度補正が行われた場合について説明した。第２の実施形態では、画像形成装置のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性に基づき、入力画像に対してＭＴＦ補正が行われた場合について説明する。ＭＴＦ補正とは、入力画像の空間周波数特性の成分毎の振幅を補正することである。
＜画像処理システムの構成＞

図１１は、本実施形態における画像処理装置の機能構成例を示す。第１の実施形態との違いは、画像処理装置１００が、特徴量算出部１０４、明度補正係数記憶部１０５、及び明度補正部１０６の代わりに、ＭＴＦ特性記憶部１１２とＭＴＦ補正部１１３を有することである。

ＭＴＦ特性記憶部１１２は、画像形成装置１０２のＭＴＦ特性を記憶する。

ＭＴＦ補正部１１３は、ＭＴＦ特性記憶部１１２に記録されている画像形成装置１０２のＭＴＦ特性（すなわち、出力特性）を用いて、入力画像データを補正する。詳細は後述する。

その他の機能部については第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
＜画像処理フロー＞

図１２は、本実施形態における画像処理装置１００が実行する画像処理のフローチャートを示す。第１の実施形態との違いは、図２のＳ０３の特徴量算出処理と、Ｓ０４の明度補正処理の代わりに、Ｓ１４のＭＴＦ補正処理を含むことである。したがって、以下では、Ｓ１４のＭＴＦ補正処理について説明し、その他の処理の説明は省略する。

Ｓ１４で、ＭＴＦ補正部１１３は、ＭＴＦ特性記憶部１１２に記録されている画像形成装置１０２のＭＴＦ特性を用いて、入力画像データを補正する。

図１３は、Ｓ１４におけるＭＴＦ補正処理の詳細なフローチャートを示す。

まず、Ｓ１４１において、ＭＴＦ補正部１１３は、注目画素を含む所定の領域のＭＴＦ特性をＭＴＦ特性記憶部１１２から取得する。例えば、平均明度値等によってＭＴＦ特性が異なる場合、ＭＴＦ特性記憶部１１２には、平均明度値等に応じたＭＴＦ特性が記憶されており、ＭＴＦ補正部１１３は、注目画素を含む所定の領域の特徴量に応じてＭＴＦ特性記憶部１１２からＭＴＦ特性を選択する。

Ｓ１４２で、ＭＴＦ補正部１１３は、取得されたＭＴＦ特性からＭＴＦ補正用のフィルタ係数を算出し、周波数空間の補正フィルタを生成する。ＭＴＦ補正用のフィルタ係数は、画像形成装置１０２の出力画像の周波数特性の劣化を防ぐ（出力画像と入力画像の周波数特性を一致させる）ために、画像形成装置１０２が出力する前の画像の周波数特性を補う係数である。

Ｓ１４３で、ＭＴＦ補正部１１３は、周波数空間の補正フィルタを逆フーリエ変換などによって実空間へ変換して、実空間の補正フィルタを生成する。詳細は後述する。

Ｓ１４４で、ＭＴＦ補正部１１３は、実空間の補正フィルタと、注目画素の画像データを畳込積分して、注目画素をＭＴＦ補正する。ＭＴＦ補正後のデータは入力画像データ表現範囲（８ビットの場合０−２５５）に収まらない可能性がある。従来のＭＴＦ補正では、補正後のデータはクリッピング処理によってデータ表現範囲内に丸め込まれるが、本実施形態では、データ表現範囲外の値も保持することが必要になる。これは、クリッピングされるデータ分の明度を、ハーフトーン画像補正部１１０で補正するためである。そのため、ＭＴＦ補正後の画像データは入力画像のデータ表現範囲外も対応可能なデータ型で格納する（例えば、１６ｂｉｔ ＩＮＴ型）。なお、本実施形態において、クリッピング処理は、Ｓ１４に続くＳ０５で実施され、クリッピング量が記録される。
＜ＭＴＦ特性取得方法＞

以下に、ＭＴＦ特性、すなわち、周波数特性Ｈ（ｕ,ｖ）の取得方法を詳細に説明する。

まず、画像形成装置１０２によって、周波数特性計測チャートを出力する。本実施形態では、ブラック（Ｋ）単色で出力する。図１４は、本実施形態における周波数特性計測チャートの一例を示す。周波数特性計測チャート１４００は、周波数や方向が異なる複数の正弦波パターンと、図中左下の均一パターン（例えば、白ベタと黒ベタ）を含む画像チャートである。

次に、不図示の測定装置を用いて、周波数特性の取得に必要な情報を周波数特性計測チャートから取得する。測定装置には、例えば、スキャナ、デジタルカメラ、顕微鏡、マイクロデンシトメータなどを用いることができる。取得した情報に基づき、画像形成装置１０２の周波数特性Ｈ（ｕ,ｖ）を算出する。

本実施形態では、周波数特性Ｈ（ｕ,ｖ）として、以下の式（２）を用いて算出されるＭＴＦ（ｕ,ｖ）を用いる。また、式（２）中、Ｍａｘ（ｕ,ｖ）とＭｉｎ（ｕ,ｖ）は、それぞれ、周波数ｕで変化する正弦波チャートの最大反射率、最小反射率である。さらに、式（２）中、ＷｈｉｔｅとＢｌａｃｋは、それぞれ均一パターンの反射率である。

Ｈ（ｕ,ｖ）＝ＭＴＦ（ｕ,ｖ）＝Ｃ（ｕ,ｖ）／Ｃ´ ・・・（２）
ただし、
Ｃ（ｕ,ｖ）＝（Ｍａｘ（ｕ,ｖ）−Ｍｉｎ（ｕ,ｖ））／（Ｍａｘ（ｕ,ｖ）＋Ｍｉｎ（ｕ,ｖ））
Ｃ´＝（Ｗｈｉｔｅ−Ｂｌａｃｋ）／（Ｗｈｉｔｅ+Ｂｌａｃｋ）
なお、ＭＴＦ（ｕ,ｖ）の算出式は、式（２）に限定されない。例えば、以下の式（２）´を用いてもよい。

Ｈ（ｕ,ｖ）＝ＭＴＦ（ｕ,ｖ）＝（Ｍａｘ（ｕ,ｖ）−Ｍｉｎ（ｕ,ｖ））／（Ｗｈｉｔｅ−Ｂｌａｃｋ）・・・（２）´

なお、上記では、Ｍａｘ（ｕ,ｖ）とＭｉｎ（ｕ,ｖ）、ＷｈｉｔｅとＢｌａｃｋを明度として周波数特性Ｈ（ｕ,ｖ）を算出しているが、例えば輝度や濃度、トナー量、測定装置のデバイスＲＧＢ値等を用いて算出してもよい。また、周波数特性計測チャートは、正弦波パターンではなく、矩形波パターンでもよい。その場合、矩形波パターンに対して式（２）を適用することにより算出されるコントラスト伝達関数（ＣＴＦ）の値を周波数特性Ｈ（ｕ,ｖ）として用いる。もしくは、ＣＴＦ値を公知のコルトマン補正式を用いて変換したＭＴＦ値を周波数特性Ｈ（ｕ,ｖ）に用いてもよい。
＜ＭＴＦ補正フィルタ生成方法＞
画像形成装置１０２のＭＴＦによる画質劣化は、周波数空間において、出力する画像データとＭＴＦの乗算として以下の式（３）によって表される。

Ｇ（ｕ,ｖ）＝Ｈ（ｕ,ｖ）×Ｆ（ｕ,ｖ） ・・・（３）
ここで、Ｇ（ｕ,ｖ）は出力画像（劣化画像）、Ｈ（ｕ,ｖ）はＭＴＦ（劣化関数）、Ｆ（ｕ,ｖ）は入力画像、（ｕ,ｖ）は空間周波数を表す。

画質劣化を回復する方法として、回復フィルタを用いる画像回復方法が知られている。回復フィルタとしては、劣化関数の逆フィルタやＷｉｅｎｅｒ（ウィナー）フィルタなどがある。以下の式（４）は、劣化関数Ｈ（ｕ,ｖ）の逆関数Ｉ（ｕ,ｖ）である逆フィルタを示す。

Ｉ（ｕ,ｖ）＝１／Ｈ（ｕ,ｖ） ・・・（４）
逆フィルタは、ノイズを考慮していないため、ノイズが存在するとノイズ成分を強調してしまう。一方、Ｗｉｅｎｅｒフィルタは、以下の式（５）に示すように、ノイズを制御した回復フィルタである。

Ｗ（ｕ,ｖ）＝Ｈｃ（ｕ,ｖ）／（|Ｈ（ｕ,ｖ）|²２ ＋ Γ） ・・・（５）
ここで、Ｗ（ｕ,ｖ）はＷｉｅｎｅｒフィルタ、Ｈｃ（ｕ,ｖ）はＨ（ｕ,ｖ）の複素共役、Гはノイズ成分を制御するパラメータを表す。

Ｓ１４２の補正フィルタ生成処理では、劣化関数として特徴量に対応するＭＴＦ特性を用いて、回復フィルタとして逆フィルタまたはＷｉｅｎｅｒフィルタを生成する。ただし、回復フィルタは、画質劣化を回復または抑制することができるものであればよく、その形式は限定されない。

また、一次元のＭＴＦ補正用のフィルタ係数を用いて、二次元のＭＴＦ補正用のフィルタを生成する方法として次のものがある。

・一次元のフィルタ係数を原点中心に回転させる方法。

・例えば直交する二方向の一次元のフィルタ係数を用いて二方向の間を補間する方法。

・三方向以上の一次元のフィルタ係数を用いて複数方向の間を補間する方法。

なお、一次元のＭＴＦ補正用のフィルタ係数を用いて、二次元のＭＴＦ補正用のフィルタを生成する方法も、これらに限定されない。
＜ＭＴＦ補正方法＞

画像形成装置１０２のＭＴＦによる画質劣化を画素ごとに補正するには、実空間におけるフィルタリングが必要である。そこで、Ｓ１４３にて周波数空間の補正フィルタを実空間の補正フィルタに変換する。

実空間におけるフィルタリングは、注目画素の画像データと実空間の補正フィルタとの畳込積分として表現される。具体的には、実空間におけるＭＴＦ補正による復元処理は、以下の式（６）のようにモデル化される。

ｇ（ｘ,ｙ）＝ｈ（ｘ,ｙ）＊ｆ（ｘ,ｙ） ・・・（６）

ここで、ｇ（ｘ,ｙ）はＭＴＦ補正後の画像、ｈ（ｘ,ｙ）はＭＴＦ補正用の補正フィルタ、ｆ（ｘ,ｙ）はＭＴＦ補正前の画像、＊は畳込積分を表す。

Ｓ１４４では、上式を用いて、対象となる画像データに対してＭＴＦ補正が実施される。

以上説明したように、本実施形態によると、入力画像に対してＭＴＦ補正が行われた場合でも、ハーフトーン処理後の画像において補正効果をより忠実に再現することができる。
（第３の実施形態）

第１の実施形態では、入力画像に対して明度補正が行われた場合について説明し、第２の実施形態では、入力画像に対してＭＴＦ補正が行われた場合について説明した。第３の実施形態では、入力画像に対してシャープネス補正が行われた場合について説明する。
＜画像処理システムの構成＞

図１５は、本実施形態における画像処理装置の機能構成例を示す。第２の実施形態との違いは、画像処理装置１００が、ＭＴＦ特性記憶部１１２とＭＴＦ補正部１１３の代わりに、シャープネス補正部１１４を有することである。

シャープネス補正部１１４は、入力画像に対してシャープネス補正を行なう。すなわち、シャープネス補正部１１４は、画像形成装置１０２の出力特性に応じたシャープネス補正を行なう。詳細は後述する。

その他の機能部については、第２の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
＜画像処理フロー＞

図１６は、本実施形態における画像処理装置１００が実行する画像処理のフローチャートを示す。第２の実施形態との違いは、図１２のＳ１４のＭＴＦ補正処理の代わりに、Ｓ１５のシャープネス補正処理を含むことである。したがって、以下では、Ｓ１５のシャープネス補正処理について説明し、その他の処理の説明は省略する。

Ｓ１５で、シャープネス補正部１１４は、入力画像に対してシャープネス補正を行う。シャープネス補正は、シャープネスフィルタを各画素に適用すること（フィルタ処理）によって行うことができる。図１７のうち、図１７（ａ）は、本実施形態におけるシャープネスフィルタの一例を示し、図１７（ｂ）は、本実施形態におけるシャープネスフィルタの別の例を示す。なお、シャープネスフィルタはシャープネスを強調する効果が得られるものであればよく、図１７に示す例に限定されない。

フィルタ処理は、一般的に、注目画素を中心としてその周辺画素の画素値を取得し、フィルタに指定された係数を用いて注目画素の画素値を調整する処理である。

シャープネス補正後のデータは、第２の実施形態と同様に、入力画像データ表現範囲（８ビットの場合０−２５５）に収まらない可能性がある。シャープネス補正後の画像データを入力画像データ表現範囲内に丸めてしまうと、丸めこまれるデータ分の明度を、ハーフトーン画像補正部１１０で補正することができない。そのため、シャープネス補正後の画像データは入力画像のデータ表現範囲外も対応可能なデータ型で格納する（例えば、１６ｂｉｔ ＩＮＴ型）。なお、本実施形態において、クリッピング処理は、Ｓ１５に続くＳ０５で実施され、クリッピング量が記録される。

以上説明したように、本実施形態によると、入力画像に対してシャープネス補正が行われた場合でも、ハーフトーン処理後の画像において補正効果をより忠実に再現することができる。

図１８は、上述した第１〜第３の実施形態における画像処理装置のハードウェア構成例を示す。画像処理装置２００は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、記憶装置２０４、出力装置２０５、入力装置２０６、及びネットワークＩ／Ｆ（インターフェース）２０７を有する。各構成要素は、バス２０９を介して相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２又は記憶装置２０４に格納されたプログラムを実行して、画像処理装置２００を統括的に制御する。ＲＯＭ２０２は、画像処理装置２００の制御プログラムを格納する。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１がプログラムを実行する際のメインメモリとして機能し、一時記憶領域として用いられる。記憶装置２０４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶媒体であり、画像データや各種プログラムなどを記憶する。

出力装置２０５は、液晶ディスプレイなどの表示装置であって、各種設定情報や画像データ等を表示する。入力装置２０６は、マウスやキーボード、タッチパネル等であり、ユーザーから各種設定情報の入力や、操作指示を受け付ける。ネットワークＩ／Ｆ２０７は、ネットワークを介して外部装置と通信を行なうためのインターフェースである。

以上、第１〜第３の実施形態における画像処理装置２００のハードウェア構成を説明したが、上述した構成には限定されない。図１を参照して上述した画像処理装置の各機能は、ＣＰＵ２０１が、ＲＯＭ２０２または記憶装置２０４に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、実現される。
（その他の実施形態）

上述の実施形態では、ハーフトーン画像データは４ビット１６値形式とした。しかし、ハーフトーン画像データを１ビット２値形式とし、例えばＳ１１のハーフトーン画像補正処理の冒頭にて、ハーフトーン画像データを２値から１６値の多値にデータの形式変換をしてもよい。２値から１６値への形式変換の場合、０または１の画素値を０または１５の画素値に変更する。なお、ＰＷＭ制御のための多値も１６値に限らず、デバイスの制御分解能により定めてよい。

また、上述の実施形態では、入力画像データをグレースケールとした。しかし、入力画像データはカラーであってもよい。その場合、ＣＭＹＫやＲＧＢなどの複数のチャンネルを持つ画像データに対して、それぞれのチャンネルに同じ補正処理を行えばよい。また、画像形成装置が用いる各色材に対して各種補正に必要な補正テーブルを取得しておき、それぞれ別の特性を参照して補正処理を行うことで、より好適な補正を行うことができる。さらに、個体ごとに補正テーブルを変えることで、より好適な補正を行うことができる。

また、上述の実施形態では、画像形成装置１０２は電子写真方式とし、ＰＷＭ制御する場合を例に説明した。しかしながらレーザ発光を制御する方法としては、ハーフトーン処理した後の画像に基づいてＰＡＭ（pulse-amplitude modulation）制御をする形態でもよい。この場合、上述の実施形態と同様にＰＡＭ制御における制御範囲に基づいて、クリッピング量に応じたＰＡＭ補正値を設定しておけばよい。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００ 画像処理装置
１０１ 画像記憶部
１０２ 画像形成装置
１０３ 画像入力部
１０４ 特徴量算出部
１０５ 明度補正係数記憶部
１０６ 明度補正部
１０７ クリッピング処理部
１０８ ハーフトーン処理部
１０９ ＰＷＭ補正値記憶部
１１０ ハーフトーン画像補正部
１１１ 画像出力部

Claims (16)

1. 画像形成装置の出力特性に応じて入力画像を補正する第１の補正手段と、
   前記第１の補正手段により補正された画素の画素値を、所定の表現範囲内にクリッピングし、クリッピング量を保存するクリッピング処理手段と、
   前記クリッピング処理手段がクリッピングした後の画像をハーフトーン処理するハーフトーン処理手段と、
   前記クリッピング処理手段により保存されたクリッピング量に基づき、前記ハーフトーン処理した後の画像の画素値を補正する第２の補正手段と
   を有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記第２の補正手段は、注目画素を含む所定の領域のクリッピング量に基づいて取得された補正値を、前記注目画素の画素値に加算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. 前記クリッピング処理手段は、前記第１の補正手段により補正された画素の画素値から、前記クリッピングした後の画像における画素の画素値を減算した値を、前記クリッピング量として算出することを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. さらに、前記第２の補正手段から出力された画像は、前記画像形成装置における変調手段により変調されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像処理装置。
5. 前記クリッピング量に対応する補正値を記憶する補正値記憶手段をさらに備え、
   前記第２の補正手段は、前記補正値記憶手段から前記クリッピング量に対応する前記補正値を取得することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記補正値記憶手段は、前記変調手段による制御範囲に応じて前記クリッピング量に対応する補正値が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
7. 前記変調手段は、パルス幅変調による制御を実行し、
   前記第２の補正手段は、前記ハーフトーン処理した後の画像内のラインオブジェクトに対する太らせ処理または細らせ処理を行うことを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の画像処理装置。
8. 前記太らせ処理または細らせ処理は、注目画素を含む所定の領域のクリッピング量に基づいて取得された補正値を、前記注目画素の画素値に加算することで実施されることを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
9. 前記第１の補正手段は、前記入力画像の平均明度を補正することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の画像処理装置。
10. 前記第１の補正手段は、前記入力画像の空間周波数の特性の成分毎の振幅を補正することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の画像処理装置。
11. 前記第１の補正手段は、前記入力画像のシャープネスを補正することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の画像処理装置。
12. 前記画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であり、
    前記ハーフトーン処理した後の画像の画素値は、パルス幅変調で表される値であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
13. 前記太らせ処理または細らせ処理は、ＰＷＭ波形が連続するように行われることを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
14. 前記ＰＷＭ波形は、注目画素の隣接画素の画素値に応じて決定されることを特徴とする請求項１３に記載の画像処理装置。
15. コンピュータを、請求項1乃至１４のいずれか１項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。
16. 画像形成装置の出力特性に応じて入力画像を補正する第１の補正工程と、
    前記第１の補正工程により補正された画素の画素値を、所定の表現範囲内にクリッピングし、クリッピング量を保存するクリッピング処理工程と、
    前記クリッピング処理工程においてクリッピングした後の画像をハーフトーン処理するハーフトーン処理工程と、
    前記クリッピング処理工程により保存されたクリッピング量に基づき、前記ハーフトーン処理した後の画像の画素値を補正する第２の補正工程と
    を含むことを特徴とする画像処理方法。

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