JP2622429B2

JP2622429B2 - 青色雑音マスクを使用したグレイスケール画像のハーフトーン化のための方法および装置

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Publication number: JP2622429B2
Application number: JP4501339A
Authority: JP
Inventors: ケヴィンジェイ．パーカー、; テオファノミトサ、
Original assignee: リサーチコーポレイションテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1991-12-03
Publication date: 1997-06-18
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: CA2097508A1; IE914190A1; DE69132353D1; AU9088491A; DE69132104T2; EP0749232A1; DE69132104D1; EP0560872A4; EP0749231B1; IE20000314A1; EP0746142A1; DE560872T1; EP0560872B1; EP0749232B1; DE69132353T2; ATE195206T1; DE69132658D1; EP0749231A1; CA2097508C; IE20000938A1

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は主に画像のハーフトーン化に関する。特に、
本発明は青色雑音マスクとグレイスケール画像の画素対
画素の比較を利用することによるハーフトーン化のため
の方法および機構に関する。

多くの印刷装置は２値表現式であるため、グレイスケ
ール画像を再生することができない。その結果、レーザ
プリンタ、ファクシミリ装置、リソグラフィ（新聞印
刷）、液晶表示およびプラズマパネル等の広範な用途に
おいて、グレイスケール画像を２値法により表現するこ
とが必要となっている。グレイスケール画像は、通常ハ
ーフトーン化（網目凸版化処理）により２値画像に変換
される。このハーフトーン化によれば、白黒２色のみを
使用して種々の度合の灰色の錯覚を作ることができ、こ
れにはデジタル処理法（ファクシミリ装置、レーザプリ
ンタ）と光学的処理法（新聞印刷）のいずれもが使用で
きる。

ハーフトーン化アルゴリズムには２種類あって、出力
される２値画像における１個の出力点を計算するのに必
要なグレイスケール入力画像の点の数によって点アルゴ
リズムと近傍アルゴリズムとに分類される。デジタル型
ハーフトーン化においては、各点は各画素に対応する。
また、点アルゴリズムにおいては、ハーフトーン化の方
法は、（常にではないが）通常は非周期的点配列または
マスク等の非画像（画像でない模様）とグレイスケール
画像を比較し簡単に対応する各点毎を比較することによ
って行われる。すなわち、入力画像の各点において、グ
レイスケール画像とマスクの点濃度を比較してその大小
により、２値出力画像の対応する点に１か０の値が与え
られる。また、近傍アルゴリズムを用いるハーフトーン
化はこのような単純な対応点比較によって行われず、通
常、出力画像における１点を計算するために、グレイス
ケール入力画像の多数の点が関与するフィルタ処理を要
する。

今日、従来のハーフトーン化アルゴリズムにおいて
は、特定のハーフトーン化アルゴリズムの選択は表示装
置に左右され、常に、画質と速度との間のいわゆるトレ
ードオフを必要とする。なお、近傍ハーフトーン化アル
ゴリズムは良画質（といっても、完全に虚像を除くこと
は出来ないが）を与えるが、時間がかかり、光学的用途
に適応不能である。このため、新聞印刷等の光学的用途
において、点アルゴリズムのみを唯一の手段として選択
することになる。点アルゴリズムは高速であり、すべて
の印刷装置に対して適用可能であるが、その結果には、
通常、周期的虚像や実存しない輪郭線等の疑似効果が伴
なう。

ここに開示のハーフトーン化機構は点アルゴリズムを
利用するものでありながら、近傍アルゴリズムの特長と
する良画質と点アルゴリズムの特長である高速度や広範
な用途域を併せ持つ。すなわち、この方式は、点アルゴ
リズムを利用するものであって、入力画像と「青色雑
音」マスクと呼ばれる非画像アレイ（点列）とを画素毎
に対応比較することによってハーフトーン化が実現され
るのである。

グレイスケール・レベル等の多重レベルを持つ画像の
デジタルハーフトーン化は従来技術として知られてい
る。この場合、二つの主要方法が現在用いられている。
それは規則ディザ（dither）法および誤差拡散法であ
る。R.Ulichney著「デジタルハーフトーン化」（MIT Pr
ess,Cambridge,Massachusetts（1987）および、R.W.Flo
ydとL.Steinbergとの共著「空間グレイスケールへの適
応アルゴリズム」（SID International Symposium Dige
st of Technical Papers,pps.36-37）を参照のこと。こ
のうち、FloydとSteinbergとの共著の論文はグレイスケ
ールのデジタルハーフトーン化に関するものである。

上記規則ディザ法の中で集団ドット（clustered-do
t）ディザ法および分散ドット（dispersed-dot）ディザ
法などが主な方法である。またこのほか、白色雑音ラン
ダム・ディザ法があるが、これは画質がこの３つの方法
の中で最も不良であるため極めて希にしか使用されず、
残りの２つのディザ法のうちでは、集団ドットディザ法
が格段に広く使用されている。さらに、これら二法とも
固定した大きさのしきい値型スクリーン図形に基づいて
いる。６×６のしきい値型スクリーンをデジタル入力値
と比較するのも一例である。このとき、当該入力値がそ
れに対応する点のスクリーンパタンの値よりも大きけれ
ば、１を出力し、小さければ、０が割り当てられる。な
お、この両技法により表すことのできるレベルの数は当
該スクリーンの大きさに依存する。すなわち、６×６の
スクリーンは36の特定レベルを作ることができる。

したがって、パタンを大きくすればより多数のレベル
を実現できるが、レベル間の遷移ピッチが粗くなるため
に、実際の解像度が減少する。例えば、コピー機やレー
ザプリンタの平均的な画素率である１インチあたり約30
0ないし500の画素率の場合、原画像の連続的な明暗度に
対応する適正な精度が16レベルでは実現できず、最適以
下の解像度になってしまうために、４×４よりも大きな
スクリーンパタンにおいては、パタンの虚像が顕著にな
る。

このような問題の解消方法がUlichneyの論文「青色雑
音でのディザ処理」（Proceedings of the IEEE,Vol.7
6,NO.1,January 1988）により開示されている。当該文
献においては、空間ディザ処理の方法が記載されてお
り、当該方法によると２値（黒白のみの）画素成分のみ
から成る画像に連続色調の画面のような錯覚を与えるこ
とができる。すなわち、当該方法はフィルタにより青色
雑音パタンの高周波数白色雑音を生成して、ハーフトー
ン化のための所望の特性を提供する。ただし、Ulichney
の使用する摂動比重（perturbed-weight）誤差拡散法
は、デジタル方式に使用するときは、本発明により実現
される速度よりもはるかに遅い速度で（約100倍遅く）
動作する。

なお、UlichneyのIEEE文献において開示されている如
き誤差拡散法が、規制ディザ法と基本的に異なっている
点は、固定されたスクリーン・パタンが存在しないこと
である。その代わりに、２進値によって連続信号を表現
することにより生じる誤差を補正するべく企図された回
帰的アルゴリズムが使用される。

さらに、UlichneyおよびFloydやSteinberg等により記
載される誤差拡散法は、走査処理や「たたみこみ」型演
算を必要とし、コピー機やファクシミリ装置等に使用で
きるが、局所演算をも必要とする欠点がある。しかも、
光学的用途には使用できない。加えて、Ulichney、Floy
dおよびSteinbergにより記載される方法を含むすべての
誤差拡散法においては、本発明では存在しない走査上お
よび起動時の虚像が見られる。また、Ulichneyは青色雑
音を発生する方法について記載しているが、本発明によ
り生じる青色雑音パタンはUlichneyあるいはその他の誤
差拡散法により生じるものに比してより等方性である。
さらに、規則ディザ法を用いれば、誤差拡散法により生
じるパタンよりもより目障りな周期的パタンが生じる。

或る種の従来方法においては、あたかも各グレイレベ
ルがそれぞれ特別の場合であるようにして、それぞれ異
なるグレイレベルに対応するすべての点のプロファイル
が独立して計算されている。したがって、例えば、Sull
ivan他の米国特許第4920501号においては、所望数のグ
レイレベルに対応する、多数の独立した点のプロファイ
ルを記憶しておく必要があった。一方、本発明において
は、点プロファイルが低次のグレイレベルからのプロフ
ァイルを土台にして構成されるために、累積アレイ及び
青色雑音マスクが二次元の一価関数として構成できる。
この一価関数がいずれかのレベルにおいてしきい値にな
れば、その時の２値パタンが、まさしく特定のグレイレ
ベルに対応する青色雑音点プロファイルｐ（i,j,g）で
ある。この場合、ｐは黒または白に対応して１または０
となり、ｉおよびｊは画素の座標を示し、ｇはグレイレ
ベル（０＜ｇ＜１）を意味する。

さらに、従来技法の欠点としては、任意グレイレベル
に青色雑音の特性を与えるのに間接的な方法を使うこ
と、例えば（Ulichneyによる）摂動比重を使った誤差拡
散フィルタを使用する方法とか、米国特許第4920501号
における「シミュレーションによるアニール（焼鈍）」
のアルゴリズムなどを使うことである。一方、ここに開
示の方法は、点プロファイルを（フーリエ）変換したの
ちフィルタを直接かけることによって所望の青色雑音パ
ワースペクトル（フーリエ変換の自乗）が生成される点
において、当該従来技術に比して有利である。このよう
なフィルタ処理は、不連続フーリエ変換の使用が内在的
に円形たたみこみ型計算を含むために、長スケール周期
性のみを内蔵するほとんど理想的に近い青色雑音パタン
を生じる。しかしながら、このようなフィルタ処理で得
られるパタンは２値表現ではない。したがって、このよ
うにしてフィルタ処理して得られた理想的青色雑音パタ
ンとフィルタ処理以前の点プロファイルとの間の差異が
どこにあるかを計算して誤差の最小化をはかる方式を使
って手を加えねばならない。そして、これらの差異の大
きさおよび位置により、１と０とを交換すべき画素が決
定され、できるだけ理想的に近い青色雑音の点プロファ
イルが得られる。

また、ビデオや印刷装置を含む種々の情報表示装置は
個々の特異な入出力特性を備えている。すなわち、医療
用超音波画像処理等の用途においては、これまで、使用
者は最終的なグレイスケール写像について適当な制御を
行うことが可能であった。例えば、使用者は画像のコン
トラストの高低を調節することが可能であった。しかし
ながら、表示装置の特性およびフィルム特性を画像処理
する度に再計算する必要があった。

ハーフトーン化においては、従来の小型の（例えば、
８×８画素核）ハーフトーンスクリーンを使用すると上
記入出力特性を変更する自由度が甚だしく制限され、線
形の累積型分布関数（CDF）が通常得られることが報告
されている。Ulichneyの「デジタルハーフトーン処理」
（MIT Press,Cambridge,Massachusetts（1987））、R.B
ayerの「連続色調画像の２レベル表示のための最適方
法」（IEEE International Conf.Comm.,1973）、およ
び、G.C.Reidの「ポストスクリプト言語プログラムデザ
イン」（green book）,Addison-Wesley Publishing C
o.,New York,（1988）,page 137を参照のこと。線形CDF
は、ハーフトーン核画素含有量の10％がその最大値の10
％よりも小さくなるとか、画素の50％がその最大値の50
％よりも小さい値を含む等を意味する。

また、ここに開示する青色雑音マスク法の場合におい
ては、不規則な大型パタン、例えば256×256画素核が、
累積型分布関数を変更するのに十分な自由度を供するこ
とができるため、入出力特性の線形および非線形の写像
が可能となる。さらにこのことは、本出願に開示されれ
るような改良された青色雑音マスクを使って特定のプリ
ンタ出力やその他の表示手段の特性にしたがった補正が
できる特別な青色雑音マスクの構成を可能にする。

また、本発明の方法は、開示の青色雑音マスクを使っ
て各色成分を個々にしきい値化処理してその結果を重ね
て印刷することにより、色刷原画のハーフトーン化にも
適用できる。当該方法によれば、画像にぶれを加えない
でしかも好ましいパタンが形成できる。当該方法は以下
に記載の従来技術を大幅に改良するものである。

米国特許第5010398号においては、天然色プリント原
画の再生用版画の製造に使用する写真法により作成した
マスクを用いた乾燥染料エッチングによる色補正のため
の方法が開示されており、この方法においては、密着印
画が写真マスクに過度露出される。なお、写真マスクは
正常に露光して原画の色成分毎のハーフトーンの正確な
コピーが得られるほかに、任意に選んだ領域が分離でき
るように構成されている。すなわち、このマスクは各色
成分画像を別々に走査し、各信号をデジタル化し、その
後、当該デジタル値をデジタル記憶装置に記憶させるこ
とにより、電子的に生成できる。

また、米国特許第4974067号は複数段階のデジタルカ
ラー画像再生方法と装置に関するもので、原画像を複数
の色成分に分離して各色成分ごとに対応する画像データ
を生成するものである。なお、画像データは個々に処理
されて色成分密度のデータ記録が生成され、さらに、当
該データは色成分のハーフトーン表示パタンを記録する
ために使用される。

また、デジタルハーフトーン化のための装置および方
法が米国特許第4924301号に開示されており、光学スキ
ャナにより得られる連続色調強度信号からハーフトーン
スクリーン若しくは色成分毎のスクリーンが構成され
る。すなわち、デジタル信号プロセッサを用いて連続色
調強度値が処理されて、それがメモリーに写像の地図と
して保存され、このデータとレーザプリンタ等のデジタ
ルデータ出力装置と組合せにより、所望のハーフトーン
スクリーンが形成される。デジタル信号プロセッサは、
従来の４色ハーフトーン印刷における黄色、シアン
（青）およびマゼンタ（赤）色分解のスクリーン角度と
殆ど異ならないスクリーン角度を有するハーフトーンス
クリーンを形成するために、ディザマトリクスを使用し
ている。さらに、従来の４色ハーフトーン印刷における
黒色ハーフトーン色分解において使用されるスクリーン
角度を有するスクリーンとは非常に異なるスクリーン角
度を有するハーフトーンスクリーンを形成するためにも
ディザアレイが使用されている。

さらに、米国特許第4342046号は画像再生装置におい
て使用する色分解ハーフトーンブロックを作成するため
の密着印画スクリーンに関し、当該方法においては、異
なるスクリーン角度を有する複数のハーフトーンスクリ
ーンが、基板フィルム上に再生される色分解再生画像の
対応する位置において基板フィルム上に配列され、透明
な空白の空間が二つの隣接したハーフトーンスクリーン
の間に形成される。

また、カラー表示装置上のカラー画像の単色ファクシ
ミリを作成するための方法および装置が米国特許第4308
533号に開示されており、これらは、カラー陰極線管端
末上に映し出されるカラー画像から35mmカラースライド
を作成するためのものである。さらに、米国特許第3085
878号は色分解のための従来のハーフトーンスクリーン
の作成に関している。

米国特許第4657831号は平版印刷画面と液体インクを
用いて作成された印刷の点粒子度に近似するハーフトー
ンパタン画像の電子写真的カラー校正刷の生成に関す
る。

さらに、写真マスクの製造方法が米国特許第4997733
号に開示されており、このマスクはドライドットエッチ
ングによる色調補正のために使用され、特定のハーフト
ーン色分解画像の選択またはハーフトーン色分解画像の
組合せ重合整合がハーフトーン色分解の少なくとも一成
分像における光学的密度差に基づいて決定される。この
ような差には、殆ど透明な領域として単離される各領域
と、これら単離される各領域を囲む少なくとも一の特定
の背景領域との間のコントラストの差が含まれる。

また、米国特許第4477833号は改良された補間処理に
よる色変換の方法に関するものであり、この発明おいて
は、カラー画像を一の色空間から他の色空間に変換する
ための装置が、メモリを備えていて、そのメモリは出力
空間における色に対応する限られた数の出力信号を記憶
し、それが入力空間における色を示す信号によって呼び
出される。なお、補間処理は当該メモリに記憶されてい
る色の中間に位置する（どちらにも相当しない）入力色
値から出発して出力色値を計算するために利用される。

さらに、無作為に選択されたスクリーンしきい値に基
づく回転したスクリーンを用いるハーフトーン印刷を行
うための方法および装置が米国特許第4700235号に開示
されている。このスクリーンは任意のスクリーン角度お
よびスクリーン幅を備えている。さらに、スクリーンの
点は、制御信号によりオン−オフ動作する露光ビームを
備える記録素子により、記録媒体上に露光される。

以上のように、上述の文献においては、色彩またはイ
ンキが少量拡散するだけで画像のぼやけは全く無い良好
な等方性の非塊状で波紋の模様のできにくいパタンを構
成する際に、ここに開示する青色雑音マスクを使用する
ことによる多くの利点を持つものは全く見当たらない。

発明の概要および目的上記に鑑みて、当業界においては、解析すべき画像の
画素と青色雑音マスクの画素との画素毎の対応比較計算
を特徴とする２値スケール画像を作るためにハーフトー
ン化を行うのにデジタルデータプロセッサを簡単にしか
も高精度に使って、グレイスケール画像のハーフトーン
化を行う方法および装置の必要性がいまだに存在するこ
とが明らかである。特定の印画装置や表示装置に適応
し、また、出来上がった画像が以前より良質である入出
力特性を持たせるようにグレイスケールのハーフトーン
化を改変するような結果を生み出すために、プリンタや
記録表示装置の種類に依存するある種の悪効果に対処す
る目的でこのようなハーフトーン化処理方式の改良をす
る必要がまた存在するのが現状である。

同様に、当業界においては、色彩やインキの拡散は少
し位あっても、画像ぼけの全く無い、良好な等方性の非
塊状で波紋模様のできにくいパタンを製造するために各
色成分を青色雑音マスクと比較して個々にしきい値処理
することによりカラーハーフトーン化するための方法の
必要性がいまだに存在することが明らかである。

さらに具体的にいえば、本発明の目的は、所望の画像
を生成するための単純で高信頼性のメカニズムを備えた
グレイスケール画像のハーフトーン化処理用システムを
提供することである。

また、本発明の目的は更に具体的にいえば、グレイス
ケール画像をデジタル的に又は光学的にハーフトーン化
処理できるシステムを提供することである。

本発明の他の目的は、出力プリンタおよび表示媒体特
性に応じた補正を画像に加えて調整して、その結果表示
媒体特有の好ましくない特性の現れることを殆ど除去す
るような、グレイスケール画像のハーフトーン化処理用
システムを提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、色の拡散がほとんど無
く、かつ、画像ぼけの無い好ましい画像を生成するよう
な、連続色調のカラー画像のハーフトーン化処理システ
ムを提供することである。

要するに、本発明の上記およびその他の目的は、任意
のグレイレベルｇにおいてしきい値化される時に、当該
グレイレベルに適応する青色雑音の２値パタンを生じる
青色雑音マスクを構成することによって実現できる。さ
らに、青色雑音マスクを構成した後は、当該マスクをPR
OMに記憶させる。次いで、ハーフトーン化される画像は
一画素ずつスキャナにより読み取られ、それがメモリに
記憶されている青色雑音マスク中の相当する画素と比較
されて、２値アレイが構成される。最後に、この２値画
像アレイが２値表示に変換され、これが目的のハーフト
ーン化画像となる。

また、青色雑音マスクが構成され記憶された後に、種
々の出力プリンタや表示媒体の個々の特性に従ってマス
クを調整して、好ましからぬ表示や表示媒体特性に対処
するようマスクに補正を加えることもできる。なお、こ
のような個々のプリンタや表示媒体の特性に左右される
悪効果に対処するには、一次統計量または累積分配関数
（CDF）を変更することによって青色雑音マスクを修正
する。青色雑音マスクはいろいろな方法によって修正す
ることができるが、それらのすべては通常青色雑音マス
クのいわゆるパンチング処理を含んでいる。ここで、青
色雑音マスクのパンチング処理とは、非常に小さい関数
値は皆同じ特定の最小値、例えば、０にしてしまい、非
常に大きい関数値は皆同じ特定の最大値、例えば、255
にする処理のことをいう。そして、最大値と最小値との
中間値は再び線形化処理をする（すなわち新しい上限と
下限の間の中間値が皆一直線上にのるように再計算され
る）。

上述の青色雑音マスクを構成し使用する方法はまた、
カラーハーフトーン化にも適用でき、その場合は各色成
分に分離した原画像を別々に青色雑音マスクに対ししき
い値化し、それによってできたハーフトーン化した色成
分の画像を重ね合わせてプリントする。また、青色雑音
マスクは、異なる色（成分）画面の各々に使用される前
に、１画素ずつずらして適用することもできる。これに
よって、色のエネルギがより広い面に広がる。例えば、
ハーフトーン化処理の際に、青色雑音マスクを、赤色画
像のときは上に１画素だけずらし、また、青色画像では
マスクを横に１画素だけずらすこともできる。なお、青
色雑音マスクをカラーハーフトーン化に利用する上での
他の変更および調整については本明細書において論ず
る。なお、この原理はRGB（三色刷）ハーフトーン化処
理またはCMYK（四色刷）カラー印刷の場合にも適用でき
る。

さらに、光学的用途においては、グレイスケール画像
を構成された青色雑音マスクを通して撮影し、このよう
にしてできた二重写真がコントラストの高いフィルム上
に印刷される。また、例えば、二重露光処理によって、
グレイスケール画像の上に青色雑音マスクをフィルム面
において付加するという、付加的な写真法を利用するこ
ともできる。なお、青色雑音マスク写真版は算出された
青色雑音アレイから得ることができるが、これは青色雑
音マスクアレイを記憶するPROMまたはコンピュータに接
続されているフィルムプリンタを使用して構成するもの
である。

図面の簡単な説明第１図は本発明に従って作成された青色雑音パタンの
パワースペクトルを示す図である。

第２図は本発明の青色雑音マスクの構成手順を示すフ
ローチャート（作業系統図）である。

第３図は本発明に従う青色雑音マスクを使用したハー
フトーン化のデジタル処理方法を示すフローチャートで
ある。

第４図は本発明に従う青色雑音マスクを使用したハー
フトーン化のデジタル処理方法のためのハードウェアシ
ステムを示す概略的ブロック図（構成図）である。

第５図は本発明に従う青色雑音マスクを使用したハー
フトーン化の光学的処理方法に利用される多重写真処理
を示す図である。

第６図は第５図に示す処理に関する青色雑音マスクを
使用したハーフトーン化の光学的処理方法に利用できる
付加露出写真処理を示す図である。

第７図はパンチ処理され線形化処理された青色雑音マ
スクパタンを構成するための青色雑音マスクの変形処理
を示すためのフローチャートである。

第８図は高解像度の青色雑音マスクパタンを構成する
ために下向き凹状（concave down）のシグマカーブ変形
処理を使用した青色雑音マスクの変換方法を示すための
フローチャートである。

第９図は低解像度の青色雑音マスクパタンを構成する
ために上向き凹状（concave up）のシグマカーブ変形処
理を使用した青色雑音マスクの変換方法を示すためのフ
ローチャートである。

第10図は線形青色雑音マスクの画素数と画素値との関
係を示す図である。

第11図はパンチ処理を伴うCDSC直接写像処理の適用後
に生成される非線形の高コントラスト青色雑音マスクの
場合における画素数と画素値との関係を示す図である。

第12図は青色雑音マスクのカラーハーフトーン化への
適用を示すフローチャートである。

好ましい実施態様の詳細な説明図面に言及する前に、本発明の理論的根拠の説明を以
下に行う。

上述のように、本発明のハーフトーン化システムは、
「青色雑音」マスクに対してグレイスケール画像の画素
対画素比較を行ってその機能を実行する。ここに記載さ
れる如く、「青色雑音」とは、R.Ulichneyが彼の著書
「デジタルハーフトーン化（Digital Halftoning）」に
おいて記載しているような、特定の好ましい視覚特性を
有し低周波数成分を殆ど持たないパタンである。

本発明においては、グレイスケール画像の画素かまた
は青色雑音マスクの画素かのいずれが大きいかによっ
て、その画素に相当するファイルの個所に１か０（黒か
白）の値を与えることによってグレイスケール画像のハ
ーフトーン化が実現される。当該グレイスケールがＭ×
Ｎ画素の大きさであるとし、また、１画素当たりＢビッ
トの黒白濃度段階があるとすると、上記青色雑音マスク
はより小さなＪ×Ｋのアレイとすることができ、この
際、ＪはＭと同じかあるいはそれより小さく、また、Ｋ
はＮと同じかそれより小さく、１画素当たりB-1ビット
のみとなる。

また、青色雑音マスクは独特な一次および二次特性を
有するように構成されている。すなわち、任意のレベ
ル、例えば最大値のＡ％、においてしきい値化される
と、各100画素のうちの丁度Ａ個がこのしきい値よりも
大きな値を持つ。加えて、しきい値より大きな値を持つ
画素の空間分布は視覚的に好ましいと判断された青色雑
音パタンを形成している。

以上のごとく、開示の青色雑音マスクは一次の統計量
がグレイレベル上に均一に分配されるような特性を備え
ている。すなわち、当該青色雑音マスクがグレイレベル
ｇにおいてしきい値化されると、すべての値の丁度ｇ×
100％だけが当該しきい値よりも低くなる。ここで、ｇ
＝0.5であれば、青色雑音マスク画素の50％が丁度しき
い値以上となり、50％がしきい値以下となる。また、青
色雑音マスクは、任意の値ｇでしきい値化されたときに
生じるビットパタンがこのしきい値に対応する理想的な
青色雑音パタンと矛盾しないでこれに近似のパワースペ
クトルを有するような特性を備えている。加えて、青色
雑音画像が特別の方法で「継目なく貼り継ぐ」ように構
成されているので、Ｊ×Ｋ画素程度の小さな青色雑音パ
タンがより大きなＭ×Ｎ画素画像のハーフトーン化処理
に使用することができる。それは、画素対画素比較が、
目だつ継目やはっきりした周期性なしにモジュロＪ（Ｊ
個単位区切り）およびモジュロＫ（Ｋ個単位区切り）で
それぞれの方向に進行させることが可能だからである。
しかしながら、この（Ｊ×Ｋ）の値は、元のグレイスケ
ール画像のレベルの数をＸとするときに、X/2よりも小
さくあってはならない。

ここで、本発明のデジタルハーフトーン化システムの
アナログ式処理をした場合を説明することが望ましい。
すなわち、これは不連続（離散点からなる）空間の代わ
りに連続空間を考えることになる。この場合、ｉおよび
ｊが不連続空間の座標を示すのに対して、ｘおよびｙは
連続空間の座標を示す。したがって、グレイスケール画
像は（アナログの場合）ｆ（x,y）により示され、ま
た、青色雑音マスクはｍ（x,y）で示され、さらに、出
力の（ハーフトーン処理後の）２値画像はｈ（x,y）で
示される。

而して、Ｂビット画像の点配列ｆ（i,j）の場合に
（各座標点（i,j）で黒から白までに2^Bレベルの濃度が
ある）、青色雑音マスクアレイｍ（i,j）は、ｆ（i,j）
に対してしきい値化されたときに、最大2^Bレベルの変化
の幅のある黒点と白点の分布が長方形グリッド（点格
子）の上に表現できるような、Ｂビット点配列となる。
ここで、青色雑音マスクの面積はグレイスケール画像の
面積よりも小さくでき、グレイスケール画像のハーフト
ーン化処理が画像面の全面にｍ（i,j）を周期的に繰り
返して使うことによって行われることに注意されたい。
例えば、256×256の８ビット型の原画像の場合、128×1
28の８ビット青色雑音マスクを使用することができる。

また、一定レベルｇで青色雑音マスクをしきい値化し
た後に生じる２値パタンは当該レベルに対応する点プロ
ファイルと呼ばれる。点プロファイルは青色雑音マスク
と同じ寸法の点配列で１の点と０の点から構成されてい
る。０と１との比率は各点プロファイルについて異な
り、その特定の点プロファイルを作ったグレイレベルに
依存する。ここに使用している記号に従えば、グレイレ
ベルが高くなると、点プロファイルに含まれることにな
る１の割合が大きくなる一方、０の割合が小さくなる。
ｐ（i,j,g）は画素位置（i,j）およびグレイレベルｇの
場合の点プロファイルの値を示す。また、ｇ＝０は黒に
相当し、ｇ＝１は白に相当する。したがって、０≦ｇ≦
１である。また、画素位置（i,j）における離散的空間
関数ｆ（i,j）の値をf_i,jで示すことにより、Ｎ×Ｎの
２値画像ｈ（x,y）を点プロファイルを使って以下のよ
うに表現することができる。

ここで、Ｒは表示装置上のアドレス可能な点の間の距
離であり、rect（ｘ）は|x|＜1/2であれば１であり、そ
れ以外では０となる関数である。したがって、任意のグ
レイスケール画像の場合において、対応する２値画像ｈ
（x,y）はその点プロファイルを使って以下のように構
成することができる。すなわち、（i,j）に位置してf
_i,j＝ｇの値を有するグレイスケール画像アレイｆ（i,
j）における各画素について、２値画像アレイｈ（i,j）
における対応する画素は（i,j）位置におけるｇレベル
点プロファイルの値により与えられる値を有する。

各レベルの点プロファイルは一価関数、すなわち青色
雑音マスク、を形成するように構成され組み合わされ
る。さらに、青色雑音マスクは、任意のレベルでしきい
値化されたときに生じる点プロファイルが、局所的に非
周期的で低周波数成分が少ない等方性２値パタンになる
ように構成されるもので、これがハーフトーン化業界の
術語でいえば、青色雑音パタンとして知られているもの
である。これらの点プロファイルはそれぞれ互いに独立
しているのではなく、g₁＋Δｇのレベルに対応する点プ
ロファイルはレベルg₁に対応する点プロファイルからい
くつかの選択された０を１に置き換えることによって構
成される。例えば、Ｎ×ＮのＢビットマスクアレイで最
大画素値が2^Bである場合、ΔｇはΔｇ＝（1/2）^Bによっ
て与えられ、レベルg₁からレベルg₁＋Δｇに移るために
１に変換される０の数はN²／2^Bとなる。

こうして、点プロファイルがg₁におけるパタンからg₁
＋Δｇに変化すると、累積アレイと呼ばれる他のアレイ
が増加されて、グレイレベルから次のグレイレベルに移
るときの点プロファイルの変化を記録する役を果たして
いる。このような累積アレイ（２値アレイではなくＢビ
ットアレイ）が青色雑音マスクそのものである。という
のは、任意のレベルｇでこの累積アレイがしきい値化さ
れるときに生じる２値パタンが当該レベルに対応する点
プロファイルに相当するからである。

以下、図面に基づいて説明する。なお、同一参照番号
を全図を通して使用している。第１図は低周波成分の無
い半径方向に対称な（つまり方向性のない）青色雑音パ
タンのパワースペクトルを示している。このように（フ
ーリエ変換した）周波数領域に低周波成分が存在しない
ということは、空間領域において目障りな虚像が無いと
いうことを意味する。また、周波数領域において半径方
向に対称であるということは、空間領域において等方的
であるということになる。等方性、非周期性および低周
波数における虚像が少ないことはすべてハーフトーン化
処理において望ましい特性である。なぜならば、それら
は視覚的に好ましいパタンを実現するための要因だから
である。

第１図に示すように、主周波数と称するカットオフ周
波数f_gは以下のようなグレイレベルｇの関数になる。

ここで、Ｒは上述の如く、表示装置上の座標で表せる
２点間の距離であり、グレイレベルｇは０と１の間の値
に比例調節されている。上式からわかるように、f_gはｇ
＝1/2であるときに最大となる。それは、このｇの値に
おいて、黒点と白点の数が等しくなり、それゆえ、極め
て高い周波数成分が２値画像において現れるためであ
る。

2^Bを最大画素値とするＮ×ＮのＢビット画像の場合、
青色雑音マスクは以下のように構成される。まず、50％
のグレイレベルに対応する点プロファイルｐ［i,j,1/
2］が構成される。この点プロファイルの構成は白色雑
音パタンから生成され、これを高域円形対称フィルタに
よりフィルタ処理すると目障りになる低周波数成分を有
する２値パタンになる。次いで、この点プロファイルｐ
［i,j,1/2］に青色雑音特性を付与するために、以下の
ような繰り返し処理が行われる。それは、レベルｇから
レベルｇ＋Δｇの青色雑音マスクを構成する各段階を示
すフローチャートを示した第２図の方式と同様のもので
ある。

ステップ１点プロファイルｐ［i,j,1/2］の二次元フーリエ変換
を行い、点プロファイルＰ［u,v,1/2］を得る。ここ
で、ｕおよびｖは変換された座標であり、Ｐはフーリエ
変換された関数を示す。

ステップ２当該スペクトルＰ［u,v,1/2］に青色雑音フィルタＤ
（u,v,1/2）を適用して、新スペクトルP'［u,v,1/2］＝
Ｐ［u,v,1/2］×Ｄ（u,v,1/2）を得る。青色雑音フィル
タは点プロファイルスペクトルP'［u,v,1/2］の半径方
向に対称な線に沿う平均断面が第１図のようになるべく
構成されている。このとき、主周波数はにより与えられる。

ステップ３ P'［u,v,1/2］の逆フーリエ変換を行い、p'［i,j,1/
2］を得る。このp'はもはや２値表現ではないが、はる
かに良好な青色雑音特性を有する。

ステップ４差関数ｅ［i,j,1/2］＝p'［i,j,1/2］−ｐ［i,j,1/
2］を形成する。この差異を誤差アレイと呼ぶ。

ステップ５各画素の位置におけるｐ［i,j,1/2］の値に従って、
すべての画素を二つのクラスに分類する。すなわち、す
べての０は第１のクラスに属し、すべての１は第２のク
ラスに属する。次いで、各画素の位置におけるｅ［i,j,
1/2］の値の大きさに従って、これら二つのクラスの中
のすべての画素を順序付けする。

ステップ６誤差の値ｅの中で最大許容可能誤差の大きさの限界値
λ_εの絶対値をΕと設定する（λ_ε＝Ε）。このΕは、
通常は各画素における誤差の絶対値の平均に等しく設定
される。なお、０（第１のクラス）についてはλ_ε＝Ε
であり、１（第２クラス）についてはλ_ε＝−Εであ
る。画素値が０でしかも当該定義の限界値よりも大きい
誤差（ｅの値）を有する画素をすべて１に変換する。同
様に、画素値が１でしかも当該定義の負の限界値よりも
小さい誤差（ｅの値）を有する画素をすべて０に変え
る。この場合、全体の平均値が不変なように１に変更さ
れた０の数と０に変更された１の数とが等しくなければ
ならない。このようにして、初期段階処理が完了する。

その後、上述の手順が所定の誤差よりも大きな誤差を
有する画素がなくなるまで繰り返される。このとき、上
記の平均誤差の大きさは画素値０のクラスと画素値１の
クラスの両方とも、当該手順が繰り返される度に徐々に
小さくなる。

さらに、この初期段階処理の手順を終了させるため
に、ｃ［i,j,1/2］で表される累積アレイと呼ばれる他
のＮ×Ｎアレイに着目し、その中で対応する点プロファ
イル内の画素が０の値を有する累積アレイの各画素には
2^B-1の値を与え、それ以外のもの（点プロファイル画素
が１の値を持つ累積アレイの画素）に2^B-1−１の値を与
える。このようにして、最終的には青色雑音マスクとな
ってしまう累積アレイがグレイレベルの値50％（ｇ＝1/
2）でしきい値化されて生じる点プロファイルは、ｐ
［i,j,1/2］に等しくなる。

このようにしてグレイレベルの値1/2に対応する点プ
ロファイルが発生すると、次に1/2＋Δｇグレイレベル
が構成される。ここでΔｇは、通常、増加できる最小の
値1/2^Bを取る。一般にはΔｇ≧1/2^Bである。さらに、1/
2＋Δｇグレイレベルに対応する点プロファイルが、1/2
レベルに対応する点プロファイルからN²/2^B個の０を１
に変換することによって作られる。なお、１に換えられ
る画素値０の画素の選択は、1/2点プロファイルの構成
について既に述べた第２図に示したものと類似の手順で
行われる。

一般に、ｇ＋Δｇレベルに対応する点プロファイルは
第２図に示すようにｇレベルに対応する点プロファイル
から構成することができる。ｇ＋Δｇ点プロファイルの
生成手順は1/2レベルに対応する初期点プロファイルの
生成方法とステップ４までは全く同一である。なお、ス
テップ２において、青色雑音フィルタの主周波数が式
（２）に従ってレベルを変える度に更新されることが重
要である。さらに、ステップ４以後の部分は、グレイレ
ベルを１だけ増加することが目的であり、それゆえ、た
だ０が１に変換されるのみとなる。なお、上記誤差アレ
イを使用することにより、０の値を持つ画素がステップ
５において取り分けられ、順序付けられる。次のステッ
プ６でN²/2^B個の選択された０が１に変更される。

ｐ［i,j,g］＝０∩ｃ［i,j,g］l_c⇒ｐ［i,j,g＋Δ
ｇ］＝1ig＞1/2 （３）０が１に変更される度に、その近傍の統計量が変化
し、それゆえ、誤差アレイに含まれるその近傍の画素に
対応する情報がもはや有効でなくなる場合がある。この
理由のために、数個の０を１に置き換えたところで当該
誤差アレイを再計算するかまたは近傍値の平均や走査長
のような付加的基準を検討する。最後に、累積アレイの
更新がステップ７においては点プロファイルｐ［i,j,g
＋Δｇ］においても依然として０に相当している画素の
みに１を加えることによって行われる。

ここで、バー（上線）は、０を１に変更うるかまたは
１を０に変更することを意味し、つまり、論理演算の
「否」に相当する。

このようにして、青色雑音マスクが一定レベルｇ＋Δ
ｇにおいてしきい値化されて生じる２値パタンが点プロ
ファイルｐ［i,j,g＋Δｇ］となる。この手順は1/2＋Δ
ｇから１までのすべてのグレイレベルに対応する点プロ
ファイルが生成されるまで繰り返される。また、1/2−
Δｇから０までのレベルを同様にして生成されるが、こ
の場合は１が０に変更され且つ累積アレイは以下のよう
に更新される。

ｃ［i,j,g−Δｇ］＝ｃ［i,j,g］−ｐ［i,j,g−Δｇ］i
g＜1/2 （５）当該処理をすべてのグレイレベルｇについて実施し終
えると、累積アレイはすべてのレベルに対応する所望の
青色雑音点プロファイルを含むことになり、これがすな
わち所望の青色雑音マスクである。

第１図および第２図で説明したように、一度青色雑音
マスクが構成できると、マスクはハーフトーン化処理に
使用できる。なお、青色雑音マスクを使用するハーフト
ーン化処理は点アルゴリズムであるため、当該処理はデ
ジタル仕様または光学的仕様のいずれにも使用すること
ができる。

本発明に従う青色雑音マスクを使用するハーフトーン
化のデジタル仕様を表すフローチャートを第３図に示
す。ファクシミリ装置やレーザプリンタ等のデジタル仕
様においては、1990年４月24日発行の米国特許第492050
1号におけるUlichneyやSullivan他により教示される誤
差拡散法等の他の青色雑音生成技法によるものよりも、
本発明の方法ははるかに少ないメモリおよび／または計
算を必要とする。

青色雑音マスクアレイを記憶するために要するメモリ
は、第４図に示すように、PROMに記憶される。次いで、
青色雑音マスクアレイｍ（i,j）と比較されるＮ×Ｎの
グレイスケール画像アレイｆ（i,j）のハーフトーン化
が以下のように行われる。まず、ｉおよびｊ変数がそれ
ぞれステップ300および302において０に設定される（第
３図参照）。次に、ステップ304において次の画素ｆ
（i,j）が走査される。次に、ステップ306において画素
ｆ（i,j）の値が青色雑音マスクアレイの対応する成分
の値ｍ（i,j）よりも大きいか否かが決定される。

このとき、ステップ306において、グレイスケール画
像アレイの画素の値が青色雑音マスクアレイの画素の値
よりも小さいと判定されると、結果として生じるアレイ
ｈ（i,j）の値がステップ310において０に設定される。

また、ステップ306において肯定的な結果（つまりｆ
がｍより大きい）が得られると、結果として生じるアレ
イｈ（i,j）の値がステップ308において１に設定され
る。次に、コレラノウテップ308および310の後、ｊがＮ
−１よりも大きいか否かの決定がステップ312において
なされる。これは列または行の末端を示すものである。
つまり、ステップ312において否定的な（つまりｊがＮ
−１より大きくないという）決定がなされると、ｊはス
テップ314においてｊ＋１に設定され、プログラムがス
テップ304に帰還して次の画素が走査される。

また、ステップ312において肯定的な（つまりｊがＮ
−１より大きいという）決定がなされると、走査してい
る線の末端に到達したことが示される。その場合は次
に、本方法は次の線の第１の画素（ｊ＝０）に適用され
る。次いで、ステップ318においてｉがＮ−１よりも大
きいか否かの決定がなされる。このとき、ステップ318
において肯定的な（つまりｉがＮ−１より大きいとい
う）決定がなされると、画像の端部に到達したことが示
され、プログラムがステップ320において終了する。

またステップ318において否定的な（つまりｉがＮ−
１より大きくないという）決定がなされると、画像の末
端にはまだ到達していないことが示され、まだ未処理の
画素が残っていることがわかる。その結果、次の線が走
査される。次いで、ｉの値がステップ322においてｉ＋
１に設定され、ｊの値がステップ316において０に設定
され、さらに、次の画素がステップ304において走査さ
れる。

第４図は本出願に記載される如き青色雑音マスクを使
用するハーフトーン化をデジタル的に行うため使用でき
るハードウェアの一例を示す。なお、これに関して断わ
っておきたいことは、ハードウェア指定はデジタルでも
アナログでも可能で、例えば、電子回路コンパレータ
（比較器）402を演算増幅器に置き換えればアナログ仕
様にも用いることができることである。この場合、青色
雑音マスクを用いるデジタルハーフトーン化がそれ以外
の既知の青色雑音生成法によるものよりもはるかに高速
であることは重要な利点である。なぜならば、当該ハー
フトーン化が単純な画素対応比較によって行われるため
である。加えて、本発明の青色雑音マスク処理を使用す
るデジタルハーフトーン化は、すべてのしきい値が予め
割り当てられているため、平行的に（逐次的でなく）当
該比較処理を行うことにより、さらに加速することがで
きる。

第４図に示すように、スキャナ400が、所定の画像を
走査し、当該画像上の画素をｆ（x,y）のアレイからグ
レイスケール画像アレイｆ（i,j）に変換するべく使用
される。そのスキャナ400の出力が比較器402の第１入力
に供給される。

上述したように、青色雑音マスクアレイｍ（i,j）は
コンピュータ405内に配置できるPROM406内に記憶され
る。さらに、PROM406の出力は比較器402の第２入力に供
給される。比較器の出力は２値画像アレイｈ（i,j）で
あり、２値ディスプレイ404に送られて、ディスプレイ
により最終的な画像アレイｈ（x,y）に変換される。

さらに、上述したように、本発明の青色雑音マスクを
使用するハーフトーン化は光学的または写真用の仕様に
も適用できる。例えば、本ハーフトーン化システムの光
学的用途の一例として、新聞印刷に使用する写真処理が
ある。このような処理は乗法的処理若しくは加算的処理
のいずれにも適用できる。

例えば、乗法的写真処理においては、グレイスケール
画像ｆ（x,y）500が透過率ｍ（x,y）を有する青色雑音
マスク502を通して写真撮影され、その結果得られる重
ね合わせ像ｈ（x,y）＝ｆ（x,y）×ｍ（x,y）が高ガン
マ（硬調）フィルム等のコントラストの高いフィルム50
4上に印画される。この処理を第５図に示す。なお、上
記アレイｆ（x,y）内の点fpが上記アレイｈ（x,y）内の
点hpに対応し、後者の大きさや形状がfpの示すグレイレ
ベルに依存することに注目する必要がある。

第６図は二重露光によりフィルム画面においてグレイ
スケール画像に青色雑音マスクを付加する加算的写真処
理を示す。グレイスケール画像アレイおよび青色雑音マ
スクアレイは加算器600により加算され、それが高ガン
マ（硬調）フィルム504に供給され、そこでハーフトー
ン化した画像が出力される。なお、加算器600の最も単
純な形態はフィルム504の繰り返し露光処理であって、
画像および青色雑音マスクがフィルム504上に別々に露
光され、その後、現像される方式に当たる。

一般的に、グレイスケール写真用の青色雑音マスクｍ
（x,y）は計算されたアレイｍ（i,j）からPROMまたはコ
ンピュータに接続しているDunnカメラ等のフィルムプリ
ンタを使用して得ることができる。これで分離した点か
ら連続画像への変換が上式（１）により行うことができ
る。印刷フィルムや透明性フィルムはコンピュータ制御
されたフィルムプリンタにより露光されて、写真用の青
色雑音マスクが生成される。

また、この青色雑音マスクはマルチビットおよびカラ
ーディスプレイに関した用途におけるハーフトーン化に
も適用できる。さらに、青色雑音マスク（第２図）を使
用する２値ディスプレイのためのデジタルハーフトーン
化処理が以下のようにも表現できる。

ｈ（i,j）＝int｛ｍ（i,j）＋ｆ（i,j）｝（６）ここで、intは整数を残し少数点以下を切り捨てる操
作を意味し、ｍ（i,j）およびｆ（i,j）のグレイレベル
は０と１との間で変化する。一般に、Ｋビットディスプ
レイの場合、出力画像アレイｈ（i,j）は以下のように
表すことができる。

この2^K−１個のしきい値は０と１との間で等間隔に離
間している。この場合、不均一な間隔で処理する量子化
因子（quantizer）を使うこともまた可能である。

さらに、プリンタやその他の終局出力装置の選択に依
存する望ましからぬ悪効果を最小にするために、青色雑
音マスクを変換することも可能である。このような処理
は青色雑音マスク（BNM）の一次統計量あるいは累積分
布関数（CDF）を変換することによって実行できる。な
お、このような変換は、医療用超音波画像処理等の環境
において有用である。それは、本発明を使用することに
より、使用者が高コントラスト画像と低コントラスト画
像のいずれもを選ぶことができ、さらに、医療用超音波
画像処理装置のための表示装置の特性およびフィルム特
性によって各処理ごとに適応調節できるからである。

また、この青色雑音マスクの場合、大規模な無構造パ
タン、例えば、256×256の画素核が、上記CDFを変換し
て入出力の線形および非線形の両方の写像を実行するに
十分な自由度を提供する。このことにより、特定の出力
プリンタに適応する特別の青色雑音マスクを構成するこ
とが可能になる。加えて、このような変換された青色雑
音マスクにより、個々の表示装置に特有な悪効果を最小
化することもできる。それゆえ、後述するように、本発
明は青色雑音マスクの累積分布関数の変更を供するもの
であり、当該マスクはそのもの自体にも使用できるが、
これを変更して適切でより望ましい入出力特性を生成す
るために使用される。本明細書では、変換された青色雑
音マスクの三種の例について述べたが、当業者において
は、同様の結果を達成するための青色雑音マスクの他の
変換方法が容易にわかる筈である。

また、前述のように上記青色雑音マスクの一次統計量
はマスク自体から直接得ることができる。このマスク変
換法は、青色雑音マスクの端部の点を回避しながらマス
クの個々の値を新しい値に写像（直接値写像として知ら
れる）することである。このようにして変換前と同様
に、非塊状の画像が生成できる。上記写像処理がある種
の悪性なプリンタ出力特性を除去できるように行うこと
ができる。例えば、出力装置がコントラストの低すぎる
画像を生成しているときには、マスクとそのCDFを変換
して明暗部両方に余分の画素が追加されるように写像処
理を調節することができる。このようにして、コントラ
ストがより大きい画像が生成される。

さらに、写像関数は当該青色雑音マスクの画素の中で
特定値ｇに等しい値を持つ画素ｂ（i,j）に作用し、特
定値を新しい値g'になるように変換する。

ｂ（i,j）＝ｇに相当する全てを b'（i,j）＝g'に変える。（８）ここで、ｆ（ｇ）＝g'は画像表現を変更するために選択
された一価の非線形写像関数であり、b'（i,j）はその
出力、すなわち、変換された青色雑音マスクである。

第７図ないし第９図は、青色雑音マスクの三種の異な
る変換、すなわち、線形またはパンチ態様、高コントラ
スト凹状上向きシグマ曲線（CDSC）、および、低コント
ラスト凹状下向きシグマ曲線（CUSC）変換を行うための
フローチャートの図をそれぞれ示す。これらすべての変
換例は「パンチ」処理を含む。このような青色雑音マス
クのパンチ処理とは、極端に低い値のものを皆ある特定
の最小値、例えば０、に設定し、極端に高い値のものを
皆ある特定の最大値、例えば255、に設定し、さらに、
この設定した最大値と最小値の間にあるものの値を再線
形化することを意味する。

青色雑音マスクのCDSC変換は「高コントラスト」写像
関数をｆ（ｇ）＝g³とすることによって実行できる。CU
SC変換はｆ（ｇ）＝g^-3で行われ、より平坦で低コント
ラスト曲線を生じる。

上述のような青色雑音マスクの変換を行った後、この
変換したマスクを使用して所望画像のハーフトーン化を
行うには前述のような手順をとる。すなわち、ハーフト
ーン化は画像の値と変換されたマスクの値とを比較する
ことによって行われる。当該原画像の値の方が大きい場
合には、新しい画像の値が黒として与えられる。また、
そうでない場合は、新しい画像の値は白に設定される。
次いで、このようにして得られた画像はよりコンパクト
な形（もとの８ビットより縮小された）で保存される。
これはハーフトーン画像すなわち２値画像においては１
画素がわずか１ビット相当するためである。このように
変換されたマスクにおいては、青色雑音マスク内の各値
が、使用者により選択された、パンチ、CDSC或いはCUSC
等の変数を使って新しい値に写像される。次いで、ハー
フトーン化がこれらの新しい値を基にして行われる。ま
た、このように色々な値を選択することによって、使用
者は画像を調整して虚像効果を使用している特定のプリ
ンタおよび／または表示装置による他の欠点を除去する
ことができる。

このように青色雑音マスクのCDFまたはグレイスケー
ル特性をそれぞれ変換したものを使用して構成した新し
いハーフトーン化スクリーンは非線形の入出力特性を有
する。青色雑音マスクのグレイスケール特性を変換して
も、青色雑音マスクにより生成される等方性で模様のな
い視覚的に好ましい白黒画素のパタンは維持される。

第７図は青色雑音の原マスクの線形化パタンを生成す
る青色雑音マスク変換のためのフローチャートである。
まず、ステップ700において、変換されるべき青色雑音
マスクのｂ（i,j）＝ｇの値が読み取られる。次いで、
ステップ702において、使用者により特定された最大値
および最小値が得られる。その後、ステップ700で得ら
れた青色雑音マスクの値がステップ704においてｒ＝255
/（最大値−最小値）と設定してから、変形した青色雑
音マスクの値b'（i,j）＝ｒ（ｂ（i,j）−最小値）を計
算して再線形化される。この例においては、８ビット青
色雑音マスクを使用することを仮定し、それゆえ、最大
値および最小値は０と255との間に存する。

次いで、変換した青色雑音マスクの各値b'（i,j）が
最大値よりも大きいか否かがステップ706において決定
される。このとき、ステップ706において肯定的な（つ
まり最大値より大きいという）決定がなされると、当該
画素の値b'（i,j）はその最大値に設定される。また、
ステップ706において否定的な（つまり最大値より小さ
いという）決定がなされた場合あるいはステップ710以
降では、当該変換した青色雑音マスクの画素の値b'（i,
j）が最小値よりも小さいか否かの決定がステップ708に
おいてなされる。この際、ステップ708において肯定的
な（つまり最小値より小さいという）決定がなされる
と、画素の値b'（i,j）がステップ712において最小値と
等しく設定される。さらに、ステップ708において否定
的な決定がなされた場合またはステップ712以降は、ス
テップ714において、以上のように変換した青色雑音マ
スクの値b'（i,j）をメモリに書き込むことによって変
換した青色雑音マスクが構成される。

第８図は変換された青色雑音マスクの高コントラスト
用パタンを発生するためのフローチャートである。この
場合、まずステップ800において青色雑音マスクの値ｂ
（i,j）＝ｇが読み取られる。次いで、ステップ802にお
いて、ステップ804で使用する定数ａ、ｂ、ｃおよび最
大値と最小値が使用者により与えられる。この定数ａ、
ｂ、ｃは独特な数学的写像を発生するべく選択される。
この場合、変曲の中央点を定数ａとし、対称な８ビット
マスクを構成するためには、通常、128に近い値を選
ぶ。また、曲線の傾斜の度合を定数ｃにより表し、さら
に、必要であれば、曲線の全体をずらせる度合を定数ｂ
により表す。

ステップ804においては写像が直接行われ、変換した
青色雑音マスクの画素値b'（i,j）の各点が（ｂ（i,j）
−ａ）³／c³＋ｂに等しくなるように計算される。この
関数は、直線型の入出力関係を傾度の高い非線形関係に
置き換える。置き換えられるもとの直線型の入出力関係
は、例えば、第10図に示されるようなものであり、ここ
では、CDFと線形青色雑音マスクの画素値との関係が示
されている。また、第11図は、パンチを伴うCDSC直接写
像処理後の、CDFと非線形の高コントラスト青色雑音マ
スクの画素値との関係を示している。

その後、ステップ806において新しい画素値b'（i,j）
の各々が（予め設定した）最大値よりも大きいか否かの
決定がなされる。この場合、ステップ806で肯定的な
（より大きいという）決定がなされると、新しい画素値
b'（i,j）はステップ810においてこの最大値に設定され
る。さらに、ステップ806において否定的な（大きくな
いという）決定がなされた場合もしくはステップ810の
後、ステップ808において、新しい画素値b'（i,j）が予
め設定した最小値よりも小さいか否かの決定がなされ
る。

ステップ808において肯定的な（つまり小さいとい
う）決定がなされると、新しい画素値b'（i,j）は当該
最小値に設定される。さらに、ステップ808において否
定的な（つまり小さくないという）決定がなされた場合
またはステップ812以降には、変換した青色雑音マスク
の値b'（i,j）はステップ814においてメモリに書き込ま
れる。

第９図は、元の青色雑音マスクからCUSC低コントラス
トパタンを生成する青色雑音マスクの変換のためのフロ
ーチャートである。すなわち、ステップ900において青
色雑音マスクの値ｂ（i,j）＝ｇが読み取られ、次い
で、ステップ902において、定数ａ、ｂ、ｃおよび最大
値と最小値が与えられる。なお、定数および最大値、最
小値は使用者により供給される。

ステップ904において、変換した青色雑音マスクの値
b'（i,j）のアレイが cbrt（ｂ（i,j）−ｂ）×ｃ＋ａに等しくなるように計算して直接写像処理が行われる。
ここでは「cbrt」は立方根を意味しており、この関数は
線形の入出力関係を低コントラスト用の非線形入出力関
係に変換する。なお、定数ａ、ｂ、ｃはそれぞれオフセ
ット、中心点および利得（増幅度）を与える。

ステップ906において、青色雑音マスクの各画素値が
上記最大値よりも大きいか否かの決定がなされる。すな
わち、b'（i,j）が最大値よりも大きいか否かの判定が
行われる。

ステップ906において肯定的な（つまり大きいとい
う）決定がなされると、ステップ910において、アレイ
上の画素b'（i,j）の中で上記の最大値より大きいもの
全部がその最大値に設定される。

ステップ906において否定的な（つまり大きくないと
いう）決定がなされるか、あるいは、ステップ910以降
においては、変換した青色雑音マスクの画素値b'（i,
j）のいずれかが上記最小値よりも小さいか否かの判断
がステップ908においてなされる。ステップ908において
肯定的な（つまりより小さいものがあるという）決定が
なされると、変換された青色雑音マスクb'（i,j）で上
記の最小値よりも小さい画素値は全部ステップ912にお
いて上記の最小値に設定する。

ステップ912の後、又は、ステップ908において否定的
な決定がなされた場合は、変換した青色雑音マスクの値
b'（i,j）がステップ914においてメモリに記憶される。

また、当該方法は、各色成分を青色雑音マスクに対し
てそれぞれ独立にしきい値化し、その後、多重印画処理
をすることによって、カラーハーフトーン化にも適用す
ることができる。この方法によって、本明細書の開示の
青色雑音マスクは、RGB、CMYKおよび他の方式による色
成分に直接適用してカラープリントに応用することがで
きる。例えば、第４図のスキャナ400としてオプトロニ
クス（Optronix）スキャナを使うことができ、原画像の
赤、青および緑の色成分がそれぞれ８ビットの深さを持
つ三種類の別々のファイルを入力することが可能であ
る。このような画像を表示する前に、赤、青、緑の画像
の各々にそれぞれ別々に本明細書に開示の方法に従って
構成した青色雑音マスクを適用することができる。この
ようにして得られた画像は次に２値RGBビデオスクリー
ンに表示したり、印刷することができる。

また、青色雑音マスクの画素を１画素ずつ異なる色成
分画面毎にずらすことによって、表示されるRGB画像の
明瞭さを改良することができることが発見された。青色
雑音マスクを赤色画像の色画面に適用するときのみ、例
えば、マスクの（i,j）画素を１画素だけ上方にずらし
た点に対応するマスクの画素値を有するようにずらして
赤成分をハーフトーン化することができる。また、青色
画像成分をハーフトーン化する際には、青色雑音マスク
は、１画素だけ側方にずれた画素値をそれぞれ使用す
る。このようにして、色のエネルギをより広い領域に分
散することができる。この場合に注意すべきことは、RG
B画像相互間のずれは全くないことであって、もしその
ようなずれがあれば、出来上がりの画像にぼやけが生ず
る。すなわち、上述の如く、赤色および青色画像のハー
フトーン化に使用されるそれぞれの青色雑音マスクは、
各々、上方か側方かに１画素ずれた画素値を取る。

第12図は上記方法を示しており、これは当該方法を使
用するカラー画像のハーフトーン化を行うためのフロー
チャートである。走査処理される原カラー画像1200がス
キャナ400により走査されて三種類の連続色調の色画面1
202、1204、1206を生成する。これらは、それぞれ赤、
青、緑に対応する。なお、これらの色成分画面またはア
レイの値は各々第６図に示すように青色雑音マスクに加
えられる。また、この代わりに第４図に示すような比較
器を使用することもできる。ただし、この場合、赤色画
像の（i,j）画素は青色雑音マスクのシフトされた（ｉ
＋1,j）画素と比較される。また、緑色画像の（i,j）画
素は青色雑音マスクの（i,j）画素と比較され、さら
に、青色画像の（i,j）画素は青色雑音マスクの（i,j＋
１）画素と比較される。なお、これらの比較操作はステ
ップ1208、1210および1212において行われる。

次いで、これら三種の色画面またはアレイはステップ
504において各々しきい値化されるか高ガンマフィルム
上にプリントされて、ステップ1214、1216および1218に
おいて三種類のハーフトーン画像が生成される。ハーフ
トーン画像h_R（i,j）はハーフトーン赤色画像の（i,j）
画素を示す。同様に、ステップ1216および1218における
各成分（画素）はそれぞれ緑色および青色画像のハーフ
トーンを示す。その後、これらの画像はステップ404に
おいてプリンタまたはディスプレイにより組み合わさ
れ、ステップ1220において三色ハーフトーン画像が出来
上がる。カラー画像の各成分のハーフトーン化において
は、ここに開示の画素ずらし方式を組み込んだ青色雑音
マスクを使用することにより、ハーフトーン画像にぼや
けを発生させることなく色の効果的な配分を成し得てい
る。

なお、このような画像の異なる色成分画面を別々にハ
ーフトーン化する方法の一種としては、単色用青色雑音
マスクの反転体を使用する方法があり、反転体は各画素
について（Maxval-BNM）として定義される。この場合、
Maxvalは当該青色雑音マスクの（画素の）最大値である
（例えば、８ビット青色雑音マスクの場合、255）。こ
のように変換した青色雑音マスクを構成するためには、
各画素の値をMaxvalから差し引いた値を各画素について
の新しい値とする。このような逆処理は「青色雑音マス
クの頂点と谷」を交換する処理と考えることができ、カ
ラー画像のカラーパタンにおけるエネルギを分散する結
果をもたらす。

なお、当該処理については、構成した青色雑音マスク
の画素値を１値だけずらす種々のパタンや種々の複数ず
らしパタン等、多くの変種が同様に可能である。ちなみ
に、300dpiの低解像度システムにおいては、１画素シフ
ト（ずらす処理）が視覚的に好ましい結果をもたらすこ
とが知られており、また、10画素シフトでは異なる色の
点の間に不快な相関関係が発生し、さらに、45画素程度
の大幅なシフトでは着色点の間に相関関係のない満足な
パタンが得られることが見いだされている。

もちろん、他の可能な変種マスクも満足な結果を生じ
ることができる。例えば、従来の４色プリント処理にお
いて行われているように、一つの色成分のカラー青色雑
音マスク平面を他のマスクに対して45°の角度を成して
配置する等である。しかしながら、等方性の、非塊状で
波紋模様を呈する傾向が少なく、色やインキを多少拡散
するが画像のぼやけを生じないような好ましいパタンを
生成するには、上述のような簡単な１シフトパタンが最
も有効であることが見いだされている。もちろん、同様
の原理がCMYKカラープリント処理にも適用できる。すな
わち、当該処理においては、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼン
タ）およびＹ（黄色）のカラー画像がハーフトーン化で
き、その後、従来のカラープリント処理と同様に、黒色
画像（Ｋ）を必要に応じて加えることができる。

なお、本文においては好ましい実施態様の一例のみを
特定して図示し且つ記載したが、当該発明の精神および
その本来の趣旨から逸脱しない範囲において、上述の教
示と添付の特許請求の範囲を考慮に入れれば、本発明の
多様な変形並びに変更が更に可能であることは容易に理
解できる。

フロントページの続き (72)発明者ミトサ、テオファノアメリカ合衆国 14620 ニューヨーク州ロチェスターガラーハウスナンバー828 クリッテンドンブールヴァード 60 (56)参考文献特開昭60−264164（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−119563（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−56069（ＪＰ，Ａ) 特開平３−501797（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】青色雑音マスクと原画像間の画素対画素比
較を利用することによりグレイスケール画像のハーフト
ーン化を行う方法において、前記青色雑音マスクが、前
記グレイスケール画像の任意のレベルにおいてしきい値
化されたときに、視覚的に好ましい点のプロファイルを
生成するべく構成された、ランダムで、非決定性かつ非
白色雑音性の一価関数から成ることを特徴とする方法。
【請求項２】前記青色雑音マスクがカラー画像をハーフ
トーン化するために使用されることを特徴とする請求項
１に記載の方法。
【請求項３】前記青色雑音マスクが多重ビット表示画像
をハーフトーン化するために使用されることを特徴とす
る請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記青色雑音マスクが連続的な一価の非周
期的青色雑音関数から成ることを特徴とする請求項１に
記載の方法。
【請求項５】前記青色雑音関数がランダムな関数であ
り、この関数において、前記青色雑音マスクが任意のレ
ベルにおいてしきい値化されたときに、望ましい青色雑
音特性を有する点プロファイルが生成されることを特徴
とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】前記青色雑音マスクが、周波数領域におい
てフィルタ処理および誤差の規制を用いて、しきい値化
された点プロファイルの所定特性を有する一次元または
多次元の関数によって形成されることを特徴とする請求
項１に記載の方法。
【請求項７】前記青色雑音マスクが、前記周波数領域に
おいてフィルタ処理および誤差の規制と等価である空間
領域においてフィルタ処理と誤差規制とを用いて、一次
元または多次元の関数によって形成されることを特徴と
する請求項６に記載の方法。
【請求項８】青色雑音マスクと原画像の画素対画素比較
を利用することによるグレイスケール画像のハーフトー
ン化に用いる青色雑音パワースペクトルを使用する青色
雑音マスクを構成する方法において、前記青色雑音マス
クが、グレイレベルを漸増することにより点プロファイ
ルを１段ずつ増築することにより構成され、かつ、各レ
ベルにおける前記点プロファイルが、その１段前のレベ
ルにおける点プロファイルにより規制され、かつ複数の
点プロファイルがそれに相当するグレイレベルの値に対
応した前記青色雑音パワースペクトルに合っていなけれ
ばならないという条件によって規制されることを特徴と
する方法。
【請求項９】前記青色雑音パワースペクトルを人間の視
覚の反応の結果により調整して、適当な好ましいパタン
を生成することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】光学的青色雑音マスクを利用することに
よりグレイスケール画像のハーフトーン化を行う方法に
おいて、前記グレイスケール画像が前記光学的青色雑音
マスクを通して撮影され、それが高コントラストフィル
ム上に印刷されることを特徴とする方法。
【請求項１１】前記光学的青色雑音マスクと前記画像が
前記高コントラストフィルム上に別々に撮影され、前記
フィルムの多重露光を行うようにすることを特徴とする
請求項10に記載の方法。
【請求項１２】前記青色雑音マスクが、青色雑音マスク
のデータを保存しているコンピュータに接続しているフ
ィルムプリンタを使用して形成されることを特徴とする
請求項10に記載の方法。
【請求項１３】第１のメモリ内に記憶されている青色雑
音マスクアレイと原画像の画素対画素比較を実行するこ
とによりグレイスケール画像をハーフトーン化する方法
において、ａ）ハーフトーン化しなければならない前記グレイスケ
ール画像を走査処理して画素単位でグレイスケール画像
アレイを形成する段階と、ｂ）第２のメモリ内に前記グレイスケール画像アレイを
記憶する段階と、ｃ）画素対画素比較に基づいて、前記青色雑音マスクア
レイおよびグレイスケール画像アレイの各対応画素の値
を比較して、２値画像アレイを生成する段階と、ｄ）前記２値画像アレイを所望のハーフトーン化画像に
変換する段階の４段階から成ることを特徴とする方法。
【請求項１４】前記走査処理段階により作られた前記グ
レイスケール画像アレイがコンピュータに直接送られて
前記比較段階を実行することを特徴とする請求項13に記
載の方法。
【請求項１５】前記画像がカラー画像であることを特徴
とする請求項13に記載の方法。
【請求項１６】青色雑音マスクと原カラー画像の複数の
色成分画面各々の画素対画素比較を利用することによる
カラー画像のハーフトーン化を行う方法において、青色
雑音マスクが、前記カラー画像の任意のレベルにおいて
しきい値化されたときに、視覚的に好ましい点プロファ
イルを生成するべく構成された、ランダムで、非決定性
かつ非白色雑音性の一価関数から成ることを特徴とする
方法。
【請求項１７】前記画素対画素比較を実行するべく複数
の青色雑音マスクが別々に使用され、かつ、青色雑音マ
スクの少なくとも一面が画素対画素比較を実行するに先
立って少なくとも１画素分シフトした画素を有すること
を特徴とする請求項16に記載の方法。
【請求項１８】前記青色雑音マスクが最大値を有してお
り、前記画素対画素比較を実行するべく複数の青色雑音
マスクが別々に使用され、かつ、前記青色雑音マスクの
少なくとも一面が画素対画素比較を実行するに先立っ
て、各画素の値を最大値から画素値を引いた値で置き換
えることにより修正した画素を有することを特徴とする
請求項16に記載の方法。
【請求項１９】第１のメモリ内に記憶されている青色雑
音マスクアレイとカラー原画像との画素対画素比較を利
用することにより前記カラー画像をハーフトーン化する
方法において、ａ）複数のカラー画面画像アレイを形成するべくハーフ
トーン化される前記カラー原画像を走査処理し、この走
査処理を画素単位で実行する段階と、ｂ）第２のメモリ内に前記複数のカラー画面画像アレイ
を別々に保存する段階と、ｃ）画素対画素の比較原則にしたがい、前記青色雑音マ
スクアレイと前記複数のカラー画面色成分画像アレイの
各々の各対応画素値を比較して、２値カラー画面画像ア
レイを数枚生成する段階と、ｄ）前記２値カラー画面画像アレイの数枚の全部を所望
のハーフトーン化カラー画像に変換する段階と、から成ることを特徴とする方法。
【請求項２０】さらに、前記比較段階を実行するに先立
って前記青色雑音マスクアレイに加えて少なくとも一面
の変換した青色雑音マスクアレイを生成する段階を含
み、当該少なくとも一面の変換した青色雑音マスクアレ
イが、前記青色雑音マスクアレイにおける位置から少な
くとも１画素分前記青色雑音マスクアレイの画素の位置
をシフトすることにより発生されることを特徴とする請
求項19に記載の方法。
【請求項２１】前記少なくとも一面の変換した青色雑音
マスクアレイが、画素対画素の比較原則に基づいて、前
記複数のカラー画面画像アレイの少なくとも一面と対応
する各画素の値を比較されることを特徴とする請求項20
に記載の方法。
【請求項２２】さらに、前記比較段階を実行するに先立
って前記青色雑音マスクアレイに加えて少なくとも一面
の変換した青色雑音マスクアレイを生成する段階を含
み、少なくとも上記の一面の変換した青色雑音マスクア
レイにすでに測定された最大値があり、かつ、前記変換
した青色雑音マスクアレイを生成する方法として、前記
最大値から前記青色雑音マスクアレイの各画素の値を差
し引いた値を使って発生されることを特徴とする請求項
19に記載の方法。
【請求項２３】変換した青色雑音マスクアレイを発生す
る方法において、変換した青色雑音マスクアレイを使用
することにより、非変換の青色雑音マスクアレイより
も、より好ましいハーフトーン化画像を発生し、かつ、ａ）変換さるべき青色雑音マスクアレイの各々の値を読
み取る段階と、ｂ）使用者による予め設定された最大値および最小値の
入力を受け入れる段階と、ｃ）所定の最大値および最小値の少なくとも一方と直接
値写像関数とを使用して青色雑音マスクアレイの各値を
変更する段階と、ｄ）変換した青色雑音マスクアレイの各々の値を所定の
最大値と比較して、所定の最大値よりも大きい場合は、
この値を取り換える段階と、ｅ）変換した青色雑音マスクアレイの各々の値を所定の
最小値と比較して、所定の最小値よりも小さい場合は、
この値を取り換える段階と、から成ることを特徴とする方法。
【請求項２４】さらに、前記変換した青色雑音マスクを
メモリ内に保存させる段階を含むことを特徴とする請求
項23に記載の方法。
【請求項２５】さらに、画像をハーフトーン化するため
に、前記保存された変換した青色雑音マスクを使用する
段階を含むことを特徴とする請求項24に記載の方法。
【請求項２６】画像情報をハーフトーン化する際に使用
されるものであってコンピュータのメモリに記憶される
マスクにおいて、循環表示特性を有する少なくとも１つ
の局所的に非周期的な点プロファイルを生成するように
構築された少なくとも１つのしきい値処理可能なアレイ
を含むことを特徴とするマスク。
【請求項２７】画像をハーフトーン化する際に使用され
るものであってコンピュータのメモリに記憶されている
マスクにおいて、そのマスクは少なくとも１つのアレイ
を備え、またその少なくとも１つのアレイはしきい値処
理が行われると、どのグレイレベルの場合においても、
低周波成分が殆ど無視できるほど少ないという青色雑音
に特有なパワースペクトルが実質的に得られることを特
徴とするマスク。
【請求項２８】請求項27に記載のマスクと前記コンピュ
ータのメモリに相応する比較器との組合せ。
【請求項２９】ハーフトーン化処理のためのマスクであ
って、コンピュータの読出し可能な格納装置に収納さ
れ、複数のレベルでしきい値処理が行われるとそれぞれ
のレベルに対応して局所的に非周期的でかつ殆ど等方性
で低周波数成分の僅少なパターンを生成するしきい値処
理可能なアレイを構成していることを特徴とするマス
ク。
【請求項３０】少なくとも１つのアレイと前記画像から
得られた情報とを比較する手段を備える画像ハーフトー
ン化装置であって、前記少なくとも１つのアレイは、し
きい値処理が行われると、実質的に青色雑音パワースペ
クトルの特性を有するパワースペクトルを呈する画像ハ
ーフトーン化装置。
【請求項３１】ハーフトーン化されるべき画像はカラー
画像であり、比較されるべき前記情報は前記カラー画像
のうちの少なくとも１つの色成分から得られるようにし
た請求項30に記載の画像ハーフトーン化装置。
【請求項３２】画像と青色雑音マスクとの画素対画素比
較を利用したグレースケール画像のハーフトーン化方法
において、その青色雑音マスクが、しきい値処理が行わ
れると実質的に青色雑音パワースペクトルの特性を有す
るパワースペクトルを呈するパターンを生成するランダ
ムで非決定性かつ非白色雑音性の一価関数で構成されて
いるグレースケール画像のハーフトーン化方法。
【請求項３３】前記パターンは２値パターンである請求
項32に記載のグレースケール画像のハーフトーン化方
法。