JP2693430B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は入力画像から出力画像を形成する画像処理装
置、詳しくは多階調画像を形成する画像処理装置に関す
るものである。 ［従来の技術］ 従来より、中間調画像を表現する手法として良く知ら
れているものには、デイザ法や濃度パターン法等が挙げ
られる。しかし、いずれの場合でも、小さいサイズの閾
値マトリクスでは、十分な階調性が得られない。そこ
で、より大きいサイズの閾値マトリクスを用いることが
考えられるが、この場合、今度は解像度が極端に低下し
てしまうという問題点があつた。 一方、これとは別に、比較的簡単な装置構成により、
高解像度を保つたまま、階調性を向上させる手法が、本
願出願人により既に提案されている。その手法とは、デ
ジタル画像信号を２値化して、レーザビームプリンタな
どで画像形成をする際、中間調の階調性を得るために、
デジタル画像信号をアナログ信号に一旦変換し、このア
ナログ信号を、例えば三角波の様な周期的なパターン信
号と比較させることでパルス幅変調をかけた２値化信号
を発生させ、この２値化信号をレーザ光源の駆動信号と
して利用するものである。このときのアナログ信号と三
角波のレベル、及びパルス幅変調された結果発生する２
値化信号の一例を第10図に示す。 この様にして、デジタル画像信号をパルス幅変調する
ことで、高解像と高い階調性を両立させることが可能に
なる。もちろん、この様な変換を行う際に、オリジナル
に忠実な階調を再現しようとした場合、原稿読み取り系
の入力特性、或いはプリンタの出力濃度特性等を考慮し
て補正しなければならない。 第11図は先に説明した本願出願人により既に提案され
ているパルス幅変調方式による、γ補正（階調補正）を
含む画像形成装置の主要ブロツク図である。 不図示の原稿から反射された光学的画像情報はCCD111
によりアナログ電気信号に変換される。CCD111から出力
されたアナログ電気信号は増幅器112によつて適当なレ
ベルに増幅され、A/D変換器でもつてアナログ信号から
デジタル信号に変換する。このデジタル信号は階調
（γ）補正器114で、画像入力から画像出力までの間の
様な箇所で発生する階調変動を補正する。一般には、シ
ステム全体の階調補正定数を記憶させたROM等を利用す
ることにより、入力された特定の階調信号は、その時の
階調補正定数を書き込んだルツクアツプテーブルを参照
して得られる所定の補正が成された階調信号に変換され
る。補正後のデジタル画像信号は再びD/A変換器115でも
つてアナログ信号に変換され、三角波発生回路117によ
つて得られる三角波信号と比較される。116はこのため
の比較器で、比較器116の出力は結果的に濃度に応じて
パルス幅変調された２値化画像信号になる。この２値化
画像信号はプリンタ118へ出力され、例えばレーザ発光
のON/OFFの制御に用いられ、中間調表現による画像を出
力することになる。すなわち、レーザ発光時間を制御し
て中間調の画像を形成するわけである。 ところで、γ特性を決定する主な要因には入力特性
（即ちCCD111からアナログ電気信号に変換するときの特
性）と、出力特性（即ち、プリンタ118のパルス幅変調
量から最終記録画像を形成するときの濃度特性）があ
る。CCD111は一般に光量に対し単調な変化を示す特性を
有しており、またプリンタ118は各装置の方式に応じ、
様々な特性を有する。 第12図に入力特性及び電子写真方式によるレーザビー
ムプリンタを用いた場合の入出力特性の代表例と、この
ときのγ補正テーブルの一例を示す。 図中の第II象限で示される濃度に対して、CCD111の濃
度は第Ｉ象限に示される特性がある。そこで、入力濃度
に対して忠実な出力特性を得るためにはCCD111によつて
入力された濃度値に対して第III象限に示されるγ補正
しなければならない。そこで、第11図の階調（γ）補正
器114に第IV象限に示す補正テーブルを設ければ良いこ
とがわかる。 ［発明が解決しようとする問題点］ ところが、第12図からもわかるように、第II象限で示
されるリニアな階調性を得るためには、第IV象限に示す
デジタル入力−出力特性に大きな量子化誤差が生じる要
因が有り、特に淡い濃度領域において、顕著な疑似輪郭
の発生することが判明した。即ち、第IV象限に於ける淡
い領域でのデジタル入力−出力特性の傾きが非常に低下
していて、その傾き1/5〜1/10位になつている。このた
め、入力画像の階調が例えば64階調あつたとしても、出
力時点では12階調、最悪の場合には６階調位にも低下し
てしまう。つまり、傾きが1/5とするならば、入力が５
段階変化して、ようやく出力が１段階変化することにな
るので、階調の再現性がこの量子化誤差のために1/5等
に低下してしまうわけである。更には、製造段階におい
て、例えば同じ製品のCCD或いはプリンタであつても、
個体差がないとは言いきれず、それら各部分要素の個体
差が重なり合い、結果的に同一原稿に対して違った出力
画像を形成することが考えられる。 本発明は、入力手段によって入力された画像データの
濃度特性を変換するための、正しい入力階調変換テーブ
ルを作成することを可能にする画像処理装置を提供しよ
うとするものである。 ［問題点を解決するための手段］ この問題を解決するために本発明は以下に示す構成か
らなる。 すなわち、画像データを入力する入力手段と、 前記入力手段により入力された画像データの入力階調
特性を変換する入力階調変換テーブルと、 該入力階調変換テーブルにより変換された画像データ
に基づいて出力画像を形成する画像形成手段と、 前記入力階調変換テーブルを作成する作成手段とを有
する画像処理装置であって、 前記作成手段は、 一様に変化する階調データを発生する発生手段と、 前記画像形成手段の画像形成の出力階調特性に依存し
た出力特性補正テーブルと を含み、前記発生手段で発生した階調データを前記出
力特性補正テーブルで補正させ、前記画像形成手段によ
りサンプル画像を形成させ、その形成されたサンプル画
像を前記入力手段で入力させ、当該入力したサンプル画
像の濃度分布に従って前記入力階調変換テーブルを作成
する。 ［実施例］ 以下、添付図面に従つて本発明に係る実施例を詳細に
説明する。 ［主要構成の説明（第１図）］ 第１図は、本実施例における画像形成装置のブロツク
構成図であり、本実施例ではレーザビームプリンタに応
用した場合を説明する。すなわち、原稿の読み込みに同
期して感光ドラム上にレーザ光を走査して静電潜像を形
成する場合を説明する。 まず、原稿９をCCD1により読み込み、得られたアナロ
グ画像信号は増幅器２でもって所定レベルまで増幅さ
れ、A/D変換器３により８ビツト（０〜255階調）のデジ
タル画像信号に変換される。次に、このデジタル画像信
号はγ変換器'256バイトのRAMで構成されたルツクアツ
プテーブル）10,11を通過した後、セレクタ12により、
このうちの１つが選択される（この選択は、主走査毎に
行うものであり、詳細は後述する）。尚、これらγ変換
器10,11に格納されるγ補正値は、基準γ変換テーブル2
9内に格納された基準γ値に補正テーブル30内にあるΔ
γ_１及び補正テーブル31内にΔγ_２をそれぞれ加算した
値になつている。すなわち、γ変換器10は基準γ＋Δγ
_１（＝γ_１としている）の補正値でもつて変換処理し、
γ変換器11は基準γ＋Δγ_２（＝γ_２としている）の補
正値でもつて変換処理するものである。 さて、デジタル画像信号はγ_１，γ_２のγ変換器10,1
1を通過しそれぞれγ補正されるが、セレクタ12ではこ
れら（補正された）画像データの１つを選択し、D/A変
換器14に出力する。D/A変換器14に入力されたデジタル
信号は再びアナログ信号に変換されて、コンパレータ16
で三角波発生回路15から発生する所定周期の信号と比較
し、パルス幅変調される。このパルス幅変調された２値
化画像信号はレーザ駆動回路17にそのまま入力され、レ
ーザダイオード18の発光のオン・オフ制御用信号に用い
られる。このレーザダイオード18から出射されたレーザ
光は、周知のポリゴンミラー19により主走査方向に走査
され、f/θレンズ20及び反射ミラー21を経て矢印方向に
回転している感光ドラム22上に照射され、静電潜像を形
成することになる。尚、本実施例において、この感光ド
ラム22は経時変化に対して電位の安定したａ−si感光ド
ラムを用いており、露光器28で均一に除電を受けた後に
帯電気23により、均一プラスに帯電される。その後、前
述したレーザ光を受けて、表面に画像信号応じた静電潜
像を形成する。また、本実施例では、現像を行う部分を
（黒画素）を露光する。いわゆるイメージスキヤン方式
を行うので、現像器24では周知の反転現像方式により、
感光ドラム22のレーザにより除電を受けた部分にプラス
の帯電特性を有するトナーを付着し、これを顕像化す
る。そして、感光ドラム22上に形成された顕像（プラス
電荷を有するトナー像）は転写帯電器25により、マイナ
スのコロナ帯電で転写材（一般には紙を用いる）26上に
転写される。また転写効率の関係上、一部転写されず
に、感光ドラム22上に残つた残留トナーは、その後クリ
ーナー27でかき落とされ、再び前述の一連のプロセスを
繰り返すことになる。 ［γの変換器の説明（第２図（ａ）〜第４図（ｂ））］ 次に、第１図の基準γ変換テーブル29及び補正テーブ
ル30,31に基づいてγ変換器10,11について説明する。 先ず、補正テーブル30,31を使用しない場合（すなわ
ち、γ補正器が１つの場合と等価）で、デジタル入力−
出力特性が第12図第IV象限の様な場合を第２図（ａ）
（濃度が低い領域での量子化誤差が大きい場合）の実線
に示し、別の場合を第２図（ｂ）（濃度が中間の領域と
高い領域での量子化誤差が大きい場合）の実線に示す。
いずれにせよ、第２図（ａ），（ｂ）では入出力の濃度
特性曲線は図示の一点鎖線のごとくなるのが理想であ
る。そこで、基準γ変換テーブル29（ROMで構成されて
いる）内の情報としては、第２図（ａ），（ｂ）にて一
点鎖線で示されるγ補正データ、即ち、補正時の量子化
誤差が考慮された理想的なデータを予め採用し、補正テ
ーブル30,31（ROMで構成されている）内の情報として
は、第３図（ａ），（ｂ）に示すデータ、即ち補正時の
量子化誤差を減じるための補正データを採用する。そし
て、本装置の動作開始前にγ変換器10（RAMで構成され
ている）には基準γ変換テーブル29のデータに補正テー
ブル（Δγ_１）30のデータを加えた結果を記憶させ、一
方のγ変換器11（同様にRAMで構成されている）には基
準γ変換テーブル29のデータに補正テーブル（Δγ_２）
31のデータを加えた結果を記憶させるわけである。 さて、このγ変換器10,11の切換えは主走査ラインの
３ラインを１周期として使用する。そして、ｎラインと
ｎ＋２ラインのγ補正にはγ_１の補正を行つたγ変換器
10を用い、ｎ＋１ラインのγ補正にはγ_２の補正を行つ
たγ変換器11を用いる。これによりシステムの見かけ上
のγ特性を第２図（ａ），（ｂ）の実線の状態（補正な
し）から一点鎖線（補正後）に改善することが可能とな
るわけである。本実施例では第２図（ａ）及び第３図
（ａ）ではΔγ_１の淡い領域でのγ変換特性の量子化誤
差を補正し、Δγ_２は補正ゼロとした。また、第２図
（ｂ）及び第３図（ｂ）においては、Δγ_１で濃い方の
領域の補正も若干行つている。また、このとき、濃い方
の領域で、Δγ_１の代りにΔγ_１′，Δγ_２の代りにΔ
γ_２′，を用いてもよい。尚、この様な補正を行つた場
合の、感光ドラム上での画像パターンを電気信号に基づ
いて記述した例を第４図（ａ），（ｂ）に示す。第４図
（ａ）は第２図（ａ）の場合の淡い方の領域、第４図
（ｂ）は第２図（ｂ）の場合の濃い方の領域における例
である。図中、斜線部分がレーザONの領域である。ただ
し、この図はあくまでも理論上の画像信号に基づいて、
記述した図であつて、実際の感光ドラム上に形成される
潜像や現像とは異なる。これは、潜像形成時にはレーザ
駆動回路やレーザの応答性、レーザのスポツト径、感光
ドラムのMTF等が関係するためで、また、現像時には現
像剤の粒形、現像特性（ハーフトーン再現性）、エツジ
効果等が関係するためである。従つて、最終的な濃度再
現性が第４図（ａ），（ｂ）の斜線部分の面積と大きく
異なるのは、第12図の第III象限に示したプリンタの出
力特性が複雑な非線型の形をしていることから自明のこ
とである。 以上の様にして、補正テーブル30,31を使用すること
で、基準γ変換テーブル29の直線性を格段に向上させる
こと出来る。尚、このとき補正テーブル31のΔγ_２は、
殆ど補正データを与えていないが、これは、Δγ_２に対
応する主走査成分上に３×３ドツトマトリクスの画素の
中心が形成されるため、画質上重要な役割を占めるから
であつて、この部分を補正データで歪めると、疑似輪郭
が生じ易いからである。 ［第２の実施例の説明（第５図〜第７図）］ 本実施例においては、基準γ変換テーブル29を補正デ
ーブル30,31から独立させることが挙げられる。前記実
施例では基準γ変化テーブル29をROMで構成したが、こ
れをRAMで構成し、バツクアツプ電源で記憶を保持すれ
ば、システムの特性を合わせてγ特性を書き換えること
が可能となる。 そこで、この場合について、第５図の図面をもとに説
明する。第５図は、第１図のROMでもつて構成された基
準γ補正テーブル29の代りにRAM32を用い、またデータ
の変換を行わないスルーのROM33と、０〜255のデータを
順次出力するジエネレータ34を付加したのである。 システムのγ特性を測定するための一例として、以下
に述べる方法を用いる。まず、前記実施例と同様の方法
で、RAM32の代りに、スルーのROM33を用い、これに、Δ
γ_１とΔγ_２の補正を加えたものをγ変換器10,11に各
々記憶する。そして、ジエネレータ34により、白レベル
である“0"から黒レベルの“255"までのデータを順次連
続的に出力し、γ変換器10,11を経由させて、プリンタ
に例えばA3全面の画像になる様に出力する。このときの
出力例を第６図に示す。次にこのプリントを原稿９の代
りに不図示の読取り部にセットし、CCD1で読み込む。こ
の読み取り結果の検出濃度を第７図に示す。第７図にお
いて横軸は上記のプリントによって予めわかっているデ
ジタル入力レベルで、縦軸は実際に検出された検出濃度
レベルを示している。の検出濃度の関係が、たとえば第
２図（ａ）の破線のカーブになる。したがって、マイク
ロコンピュータ13を用いて、検出濃度の最大値が255に
なる様に規格化して、RAM32の０〜255番地までにデータ
として割り当てれば良い。 以上の例は一例であるが、この様に基準γ変換テーブ
ル29をRAMで構成して補正テーブルからは独立させてお
くことで、システムのγ特性も簡単に作ることができ、
画像の入力部やプリンタ部での特性が変化した場合でも
即座に対応することができる。 ［第３の実施例の説明（第８図，第９図）］ 以上、２つの実施例を説明したが、補正テーブルの代
りに、所定周期パターン信号を複数個用いることでも同
様の効果が得られる。この場合のブロツク構成図を第８
図に示す。また、パターン信号発生回路36,37の波形の
一例を各々第９図のa,bに示す。また、35はアナログス
イツチで、パターン信号発生回路36,37からのパターン
信号（三角波）を切換て比較器16に出力するものであ
る。この構成により、走査線毎にパターン発生回路36か
出力される三角波（三角波ａという）とパターン発生回
路37からのもの（三角波ｂという）とをb,a,bの順にア
ナログスイチチでもつて切換え、パルス幅変調し像形成
することになる。尚、前述の第１の実施例に従えば、三
角波ｂが補正テーブル31の機能に相当することになる。 以上説明した様に本実施例に従えば、１ライン分の入
力画像毎にγ変換の変換テーブル、或いは出力画像を形
成するときのパルス幅変調を決定するパターン信号を切
換ることにより、出力画像形成時に階調性を向上させる
と供に、疑似輪郭の発生を防ぐことが可能となる。ま
た、γ変換器10,11及び、基準γ変換テーブル29を書換
え可能なRAMで構成し、サンプル出力画像を読取つてγ
補正器内のγテーブルの値を微調整することにより、シ
ステム全体の特性或いはシステムが置かれている環境
（例えば明暗のある部屋等）に左右されず、良好な出力
画像を形成することができる。 尚、前述までの全実施例において、γ_２を画素中心を
形成するテーブルとし、γ_１をγ_２の入力と出力の量子
化誤差を減少させるためのテーブルとして使用したが、
γ_１，γ_２以外にも同様の機能のテーブルを複数設けて
も良いのはもちろんである。また、第１の実施例におい
て、主走査方向の書き出し位置を任意にずらし、第４図
（ａ），（ｂ）に示すような画像を形成すると、なお一
層視覚的に画素の繰り返し周期を見えにくくさせる効果
がある。この場合、プリンタの出力特性は第２図や第12
図と異つてくるが、本実施例はまったく同様に適用可能
である。 また、本実施例では入力画像の各走査単位に補正テー
ブル或いはパターン信号を切換えてパルス幅変調し、出
力画像を形成したが、例えば印刷装置自身がより高解像
度出力を可能にするものであれば、１ライン分の入力画
像を基に３回或いはそれ以上の回数で出力操作し、像を
形成する様にしても全く構わない。 更に、本実施例ではプリンタとしてレーザビームプリ
ンタを用いた例を示したが、例えば多数の微小発光ダイ
オード（LED）を並べたLEDアレイを使用し、このアレイ
の各LEDを変調信号に対応して点減制御して電子写真感
光体を露光することにより画像を形成するようにした画
像形成装置にも本実施例は適用出来るし、他の方式のプ
リンタ例えば熱転写式のサーマルプリンタにおいても、
ヘッドの発熱時間をパルス幅変調により制御すること
で、本実施例は全く同様に適用可能である。特に出力画
像中の画素面積を変化せしめるプリンタ全てに適応する
ことができる。 更に、以上の例ではイメージスキャンによる反転現象
法の場合について述べたが、背景の白地部分を光走査す
るバツクグラウンドスキャンによる正現像法でも本発明
は全く同様に適用出来る。 更にまた、忠実な像再現を意識しなければ、基準γ変
換テーブル或いは補正テーブルを操作することにより、
様々な出力画像を形成することが可能である。 ［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、入力手段によっ
て入力された画像データの濃度特性を変換するための、
正しい入力階調変換テーブルを作成することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本実施例のブロツク構成を示す図、 第２図（ａ），（ｂ）はそれぞれ画像の補正前と補正後
の入出力特性を示す図、 第３図（ａ），（ｂ）は本実施例における補正テーブル
30,31の特性曲線を示す図、 第４図（ａ）は比較的淡い濃度のときの本実施例におけ
る出力画像を示す図、 第４図（ｂ）は比較的濃い濃度のときの本実施例におけ
る出力画像を示す図、 第５図は第２の実施例におけるブロツク構成を示す図、 第６図は第５図の実施例において、入出力特性を調整す
るための出力画像の一例を示す図、 第７図は第６図の画像を入力したときの頻度ヒストグラ
ムを示す図、 第８図は第３の実施例におけるブロツク構成を示す図、 第９図は第８図におけるパターン信号発生回路からの出
力信号波形を示す図、 第10図はパルス幅変調の原理を示す図、 第11図は本願出願人によって既に提案されているブロツ
ク構成概略図、 第12図は画像の入出力特性曲線を示す図である。 図中、1,111……CCD、2,112……アンプ、3,113……AD変
換器、10,11,114……γ変換器、12……セレクタ、13…
…マイクロコンピュータ、14,115…D/A変換器、15,117
……三角波発生回路、16,116……比較器、17……レーザ
駆動回路、18……レーザダイオード、19……ポリゴンミ
ラー、20……f/θレンズ、21……折り返しミラー、22…
…感光ドラム、23……帯電器、24……現像器、25……転
写帯電器、26……転写紙、27……クリーナー、28……前
露光ランプ、29……基準γ変換テーブル、30,31……補
正テーブル、32……RAM、33……ROM、34……ジエネレー
タ、35……アナログスイツチ、36,37……パターン信号
発生回路である。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．画像データを入力する入力手段と、 前記入力手段により入力された画像データの入力階調特
   性を変換する入力階調変換テーブルと、 該入力階調変換テーブルにより変換された画像データに
   基づいて出力画像を形成する画像形成手段と、 前記入力階調変換テーブルを作成する作成手段とを有す
   る画像処理装置であって、 前記作成手段は、 一様に変化する階調データを発生する発生手段と、 前記画像形成手段の画像形成の出力階調特性に依存した
   出力特性補正テーブルと を含み、前記発生手段で発生した階調データを前記出力
   特性補正テーブルで補正させ、前記画像形成手段により
   サンプル画像を形成させ、その形成されたサンプル画像
   を前記入力手段で入力させ、当該入力したサンプル画像
   の濃度分布に従って前記入力階調変換テーブルを作成す
   る ことを特徴とする画像処理装置。