JP2925325B2 - 連続色調画像をハーフトーン化して効率的に送受信する方法及びその方法を実現するファクシミリ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は一般にハーフトーン化、逆ハーフトーン化お
よび画像のファクシミリ送信に関しており、特に、２値
画像から逆ハーフトーンを生じる方法およびシステム
と、ハーフトーン画像を効率良く送信し、かつ、受信し
たハーフトーン画像を逆ハーフトーン処理することによ
りグレイスケール画像を再生するための方法および装置
に関する。

多くのプリント装置はバイレベルであるが故にグレイ
スケール画像を再生することができない。それゆえ、レ
ーザプリンタ、ファクシミリ機、リソグラフイ（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の２値表現が必要とされてい
る。一般に、グレイスケール画像はハーフトーン技法を
用いて２値画像に変換される。このようなハーフトーン
処理は２種のレベルすなわち黒と白を用いて種々の灰色
の影像を生じることができ、デジタル的（ファクシミリ
機、レーザプリンタ）にも光学的（新聞印刷）にも行う
ことが可能である。

また、逆ハーフトーン処理はオリジナル画像の２値的
ハーフトーン画像からグレイスケール画像の近似を再生
する方法である。なお、デジタルハーフトーン化はＮビ
ットグレイスケール画像をグレイスケールが含まれてい
るように知覚される１ビット２値画像に変形する処理方
法であり、デジタル逆ハーフトーン処理はそのハーフト
ーン表現からグレイスケール画像を再生する方法を言
う。

そこで、このような１ビット画像についての逆ハーフ
トーン処理を利用することが多くの用途のおいて望まれ
ている。例えば、ある状況下では、有効画像のみがハー
フトーン表現になっており、このようなハーフトーン表
現のグレイスケール画像を再生するために、逆ハーフト
ーン化法が利用される。また、画像の受信システムが２
値表示を可能とする場合（プリンタ、ファクシミリ装
置）や、ハーフトーン画像が多レベル装置上に表示され
ることが望ましい場合もある。例えば、レーザまたはド
ットマトリクスプリンタに比して、CRTディスプレイの
ダイナミックレンジは大きく、それゆえ、使用時に「苛
酷（harsh）感」や「騒音（loud）感」を与える。さら
に、多レベル装置を見る際の２値画像の画質を大幅に改
良することができる。すなわち、２値画像に対応するグ
レイスケール近似を発生させることにより、画像におい
て肉眼で実行しなければならない低域フィルタ処理の段
階を大幅に減じることができる。

今日では、ほとんどすべての印刷物はハーフトーン技
法を用いて作成されている。中でも、デジタル複写装置
の導入を含む多くの進歩がデジタル走査装置において見
られ、特に、ハーフトーンアルゴリズム間での変換機能
を含むハーフトーン画像処理装置の機能において有利に
なっている。さらに、このようなハーフトーン画像の処
理能力は小規模の出版業界において重要でありかつ極め
て有用である。しかしながら、フィルタ処理、デシメー
ション、補間、鮮明化などのグレイスケール画像におい
て一般に行われる基本的な画像処理がハーフトーン画像
において困難である。そこで、２値テキストおよび２値
画像を処理する方法が知られている。しかしながら、こ
れらのアルゴリズムは２値画像として知覚される画像に
制限され、灰色の影像を生じる黒および白の高い周波数
分布に適用することができない。

そこで、Judiceに付与された「フリッカ飛越し順序デ
ィザ画像を除去するための方法および構成」と題する米
国特許第3953668号およびSautter他に付与された「ビデ
オディスプレイのためのフリッカレス順序ディザ画像を
提供するための構成」と題する米国特許第4377821号等
のグレイスケール画像の再生に関連する研究が知られて
いる。さらに、他の従来技法としては、Netravaliおよ
びBowenによる「ディザ画像の表示」（Proceedings of
the SID,V01.22,No.3,pp.185-190,181）および、Mita,S
ugiuraおよびShimomuraによる「バイレベル画像からの
高画質多レベル画像再生」（The Sixth International
Congress on Advances in Non -Impact Printing Techn
ologies Black and White and Color,October 21-26,p
p.235-236,1990）と題する文献に開示されるものが挙げ
られる。しかしながら、これらの既知の方法は単純な低
域フィルタ処理から複雑な神経系統にまで及んでいる。
一般に、２値画像において見られる衝撃を和らげるに足
る低域のフィルタ処理はこれらの画像の鮮明さをぼやか
すに足るものである。それゆえ、低域フィルタ処理に基
づいて２値画像からグレイスケール画像を再生すると、
このようなぼやけによって、画像の粒子が目立つように
なるか、あるいは、視覚的に好ましくない状態になる。
一方、神経系統は訓練を必要とするので、多くの異なる
ハーフトーン技法において最適でなくても良い。加え
て、このような神経系統の技法はグレイスケール画像や
パワースペクトルに関するアプリオリな制約やその構造
が有効である場合のハーフトーンマスクの特性のすべて
を利用することがはっきりしていない。さらに、他の従
来の逆ハーフトーン技法は２値画像を生じるために用い
るハーフトーンスクリーンの確かな知識を要する（Roet
ling、米国特許第4630125号およびFan、米国特許第5027
078号参照）か、あるいは、ハーフトーンスクリーン自
体を設定する必要がある。このことは、誤差拡散などの
特定のハーフトーン技法が規制のハーフトーンスクリー
ンに含まれていないために不都合である。

このような用途においては、その明確化のために、以
下のような規定が用いられている。すなわち、グレイス
ケールまたは多レベル画像は二次元の光強度関数ｇ（i,
j）として定義され、ｉおよびｊは分離する画素の座標
を示しており、任意点（i,j）におけるｇの値がこの点
における画像のグレイレベルに比例する。さらに、８ビ
ットのグレイスケールが使用され、Ｌ＝256を区間［0,L
−１］における可能なグレイスケールレベルとし、グレ
イレベル１＝０を黒と見なし、１＝255を白とする。一
方、ハーフトーンの２値またはバイレベル画像も同様に
定義できるが、この場合、画像は１ビットで構成され
る。それゆえ、ハーフトーン画像は２種のみのグレイレ
ベル［b₀，b₁］を含んでおり、b₀：b₁は、黒または白に
対応して、0:1または0:255のいずれかとすることができ
る。なお、すべての再生処理に先立って、実数および正
の整数から成るＭ×Ｎ画素の８ビットグレイスケール画
像はＭ×Ｎの１ビット２値画像にハーフトーン処理され
ていると仮定する。而して、本発明のー態様は、本書に
記載するように、エッジおよびフラットな画像領域が正
確に再生されて顕著で不快なアーティファクトが無く、
基本的な画像処理アルゴリズムに適用でき、さらに、ハ
ーフトーン技法間での変換に適応可能であるような視覚
的に許容できるオリジナルなＭ×Ｎの８ビット画像の推
定を行うことである。

上述のように、多くの情報表示装置が２値仕様である
が、ほとんどの画像は連続的である。それゆえ、連続的
な画像を２値装置上に表示する機能が大変に有用とな
る。しかしながら、２値仕様において連続画像を表示す
る課題は長年に亙って解決されていない。そして、この
問題はグラフィックアートからファクシミリ機に至る媒
体転送の多くの形態において生じている。事実上、本、
雑誌、新聞等のすべての印刷画像は２値仕様において構
成されている。また、コンピュータハードコピー装置は
ほとんど専らに２値仕様である。つまり、連続的なグレ
イスケール情報を連続的色調の如く知覚される２値情報
に変換する処理がハーフトーン化と呼ばれている。

連続的な画像は「自然である」として定義できるもの
である。つまり、それはあるグレイレベルから次のレベ
ルへの識別不能な遷移を含むものとも言える。一方、２
値画像は黒または白のいずれかである画素から構成され
るものである。それゆえ、２値出力装置上のグレイスケ
ール画像の表示では、連続的な画像を２種のレベルに量
子化することが要される。この２値化アルゴリズムに
は、サンプルｇ（i,j）がその入力として使用され、サ
ンプルｂ（i,j）＝０または１がその２値画像に対応し
て生じる。

上式においては、ｇ（i,j）は座標（i,j）を有する画
素のグレイレベルであり、ｔは区間［0,L−１］におけ
る閾値である。

式１では２種の閾値化アルゴリズムが示されている。
第１のものにおいては、画像が２値情報として知覚され
るように区分される。また、第２のものにおいては、最
終的に得られる画像が連続的に知覚されるように２値画
素が分配される。しかし、２値情報として知覚されるよ
うに閾値化された画像は、たとえ存在しても、逆ハーフ
トーン化に有用となる情報を極めて僅かしか提供しな
い。そこで、後者の閾値化アルゴリズムをハーフトーン
化処理として述べる。なお、後述するように、ハーフト
ーン画像は妥当なグレイスケール再生を実行するための
適当な情報を含んでいる。

望ましいハーフトーンアルゴリズムの特性には、実行
の簡潔さ、低周波数（または一定）および高周波数（ま
たは微細部における端部）の両方における再生の精度、
低周波数モアレパタン（折返し現象）や誤量子化輪郭
（人為的境界）と言った視覚的なアーティファクトの無
いことが含まれる。要するに、ハーフトーン化処理の望
ましい結末は30ないし45センチメートルの通常の距離に
おいて見るハーフトーン画像が元になるドット構造を気
付かせずに種々のグレイレベルとして知覚されるドット
分散を呈示することである。

このようなハーフトーン化処理は光学的にもデジタル
的にも実施することができる。なお、光学的実施の場
合、当該処理は２種の写真ステップにおいて行われる。
すなわち、元の画像をハーフトーンスクリーンと呼ばれ
るメッシュまたは格子を通して写真に撮った後、画像の
２値特性を高コントラスト写真材を用いて再現する。一
方、ハーフトーン処理のデジタル的な実施方法について
は、Jarvis、JudiceおよびNinkeによる「バイレベル表
示に関する連続色調画像の表示技法の調査」（Computer
Graphics and Image Processing,Vol.5.,No.1,pp.13-4
0,1976）の如く数種の文献において総括的に論じられて
いる。次に、幾つかの優れたハーフトーン技法について
簡単に述べる。なお、ハーフトーン技法の全体的な解析
のためには、上記Jarvis他の文献並びに同書に報告され
ている他の文献を参考文献として挙げる。

ハーフトーン化技法は出力２値画像における一の出力
点を計算するために要する入力グレイスケール画像から
一点動作または点の数に従う隣接動作に基づいて行われ
る。この場合、一点動作は入出力間の一対一対応が存す
る際の任意の動作を言う。また、任意位置に対応する出
力はその位置における単一の入力画素にのみ基づく。す
なわち、デジタルハーフトーン化の場合、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
トーン化は通常（常にではないが）非周期的なアレイま
たはマスクである単一な非画像に対するグレイスケール
画像の単一点様対比により行われる。而して、入力画像
におけるすべての点において、その点（グレイスケール
画像またはマスク）の値がより大きいか否かにより、１
または０のいずれかが２値出力画像における対応位置に
それぞれ配される。

一方、隣接技法は多数点対一点の動作に対応する。す
なわち、入力画素とその周囲の画素が出力画素を決定す
るために用いられる。したがって、隣接アルゴリズムを
用いるハーフトーン化は単一点様対比により行われず、
通常、出力画像における一点を計算するために入力グレ
イスケール画像からの多数の点を含むフィルタ動作を必
要とする。なお、点動作はデジタル的および光学的の両
方において実施できるが、隣接動作はデジタル仕様のみ
に限られる。一般に、点動作は隣接動作よりも速いが、
隣接動作の方が良好な結果を提供する。

今日、任意の既存のハーフトーン化アルゴリズム、す
なわち、特定のハーフトーン化アルゴリズムの選択はそ
の目的装置によって決められ、常に画質と速度との間で
の交換を要する。隣接ハーフトーン化アルゴリズムは
（アーティファクトが皆無であるとは言えないが）良好
な画質を与えるが、動作が遅く光学的実施が不可能であ
る。したがって、新聞印刷等の光学的仕様には点動作ア
ルゴリズムを選択するしかない。しかしながら、点動作
アルゴリズムは高速で目的装置のすべてに適用できる利
点を有する反面、その出力に周期的な誤差および誤輪郭
等のアーティファクトが通常含まれる。

また、グレイスケールレベルのような多レベルを有す
る画像のデジタルハーフトーン化が当業界において知ら
れている。今日では２種の主要技法とその他の幾つかの
技法が使用されており、これらは広域固定閾値化、オル
ソグラフィックトーンスケール生成、電子スクリーニン
グ、順序ディザ、誤差拡散および青色雑音閾値化などで
ある。以下、これらの技法をそれぞれ簡単に説明する。

広域固定閾値化は単一点動作であり、すべてのグレイ
レベル画素が一の固定定数と比較される。この場合、グ
レイレベルが定数よりも大きいと、その結果が白とな
る。また、グレイレベルが定数と等しいかこれよりも小
さい場合は、その結果が黒になる。この方法では高コン
トラストな成分を保持できるが、トーンスケール情報を
全く含まない。

オルソグラフィックトーンスケール生成法は２値画素
のウインドウを操作して一連のパタンを形成し、各パタ
ンがグレイレベル値を表現する。さらに、これらのパタ
ンはグレイスケールを形成し、グレイスケールは最小キ
ャラクタ間間隔での印刷時に連続的な画像を再生するこ
とができる。しかしながら、この再生画像はきめが粗く
高周波数情報の損失を伴う。

電子スクリーニングは点動作であり、上述した光学的
方法に類似している。また、この方法は広域固定閾値化
法の拡張でもある。すなわち、画素が所定の閾値に対比
されて黒または白の決定が成される。ただし、この場
合、閾値は固定された定数ではない。つまり、閾値レベ
ルはハーフト−ンセルの閾値集合として定義される二次
元行列から順番に選択される。而して、閾値の集合およ
び集合における配列がハーフトーン画像の特性（ドット
分散、エッジおよびフラット領域の保存性等）を決定す
る。

順序ディザ（dither）法は点動作であり、より暗い若
しくはより明るいパタンを提供するために配列されたド
ットの集団により連続的な色調を表現する。この場合、
入力値が一定寸法のスクリーンに対比され、ドットがグ
レイレベルの増加に伴ってディザ格子に加えられる。な
お、順序ディザ技法には白色雑音、クラスタドットおよ
び分散ドットが含まれる。しかし、順序ディザアルゴリ
ズムは微細部の大半を損失し、周期的なアーティファク
トを導入する点で不都合である。なお、これらの点につ
いては、R.Ulichneyの「デジタルハーフトーン化」（MI
T Press,Cambridge,Massachusetts（1987）や、R.W.Flo
ydおよびL.Steinbergの「空間的グレイスケールのため
のアダプティブアルゴリズム」（SID International Sy
mposium Digest of Technical Papers,pps.36-37）を参
照されたい。なお、FloydおよびSteinberg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。

この場合、主要な順序ディザ技法はクラスタドットデ
イザ技法および分散ドットディザ技法である。なお、白
色雑音ランダムディザ技法はその画質が最も低いために
利用されることは希であり、他の２種のディザ技法にお
いては、クラスタドット技法が最も多く利用されてい
る。これらの技法は共に一定寸法の閾値スクリーンパタ
ンに基づいて行われ、例えば、６×６のスレショルドス
クリーンがデジタル入力値と対比される。この場合、入
力デジタル値がスクリーンパタン値よりも大きいと１が
生成され、また、小さいと０が割り当てられる。つま
り、いずれの技法においても表現できるレベル値は上記
スクリーンの寸法に依存する。例えば、６×６のスクリ
ーンは36個の特異的レベルを生成することができる。

さらに大きなパタンについてはより多くのレベルでの
処理が可能であるが、レベル間の遷移がより粗いピッチ
になるので、有効な解像度が減少する。すなわち、コピ
ー機やレーザープリンタの平均的な画素率であるインチ
当たり約300ないし500の画素率の場合、４×４よりも大
きいスクリーンパタンにおいてパタンのアーティファク
トが見られる。これは、16レベルでは典型的な連続色調
画像に適する精度を供することができず、準最適的な解
像度が通常得られるためである。

このような問題の解決策の一例として、Ulichneyによ
る「青色雑音を伴うディザ処理」（Proceedings of the
IEEE,Vol.76,No.1,January 1988）に開示されるものが
挙げられる。この文献においては、空間的ディザ処理の
方法が記載されており、この方法は２値画素を生成する
ことのみが可能なディスプレイ上に連続色調画像の影像
を形成する。さらに、この方法はフィルタから青色雑音
パタン（高周波数白色雑音）を生成してハーフトーン化
に好適な特性を提供する。しかし、さらに具体的に言え
ば、Ulichneyは摂動量（perturbed-weight）誤差拡散法
を用いているが、この方法はそのデジタル的実施におい
て本発明で達成される速度よりもはるかに遅い速度（約
50倍遅い）で動作する。

さらに、UlichneyによるIEEE文献に開示されるような
誤差拡散法は固定したスクリーンパタンの無い順序ディ
ザ技法とは基本的に異なる。むしろ、再帰的アルゴリズ
ムが２進値により連続的な信号を表現することによって
生じた誤差を補正するために用いられる。

また、Ulichneyにより開示される誤差拡散法やFloyd
およびSteinberg等の技法は走査処理やたたみ込み式計
算処理を必要とする点で不都合であり、さらに、コピー
機やファクシミリ機を伴う用途に実施される場合に、局
所的計算処理を要する。また、光学的実施が不可能であ
り、UlichneyやFloydやSteinbergにより開示されるもの
を含んですべての誤差拡散技法が本発明では存在しない
走査や起動におけるアーティファクトを呈示している。
加えて、Ulichneyは青色雑音を生じる方法を記載してい
るが、本発明により生成される青色雑音パタンはUlichn
eyや他の誤差拡散法により生じるものよりもより等方的
である。また、順序ディザ技法を使用することにより明
確な周期的パタンが生成できるが、誤差拡散技法により
生成されるものに比べるとはるかに目障りな感じを与え
る。

最も新しく開発されたハーフトーン技法は青色雑音マ
スクを使用している。この青色雑音とは高周波数白色雑
音に与えられた色の名前である。この方法は高度に等方
的なスクリーンを用いる点動作を利用するものであり、
デジタル的および光学的な実施の両方が可能である。こ
のマスクは任意のグレイレベルを閾値化するために使用
される時に特異的な１次および２次の特性を有するよう
に構成されている。しかし、これは非周期的であり、低
周波数成分が空である。なお、この青色雑音マスク技法
の使用により得られるハーフトーン画像は隣接動作の画
質を維持しつつ点動作の速度を可能にする。このような
技法は本出願のクロスリファレンスとして挙げられる19
90年12月４日出願の米国特許出願第622056号に記載され
ている。なお、他に特に記載しない限り、この技法は本
発明により用いられるハーフトーン画像を生成するため
の技法である。

一般に、ハーフトーンアルゴリズムをグレイスケール
画像に適用するに当たって、幾つかの処理段階がグレイ
スケール画像に実施される。まず、第１の段階において
は、画像のトーンスケールが調節される。一般的には、
グレイレベルを０またはＬ−１のそれぞれの上限および
下限に近付け、かつ、グレイ値を新たに拡張した領域上
に再写像するためにヒストグラム点動作が行われる。こ
のようなクリッピング動作を「パンチ」または「スナッ
プ」段階と称する。このことにより、「フラット」とな
るハーフトーン画像における暗い領域および明るい領域
を強調してダイナミックな領域を付加することができ
る。

第２の段階は鮮明化である。この動作は画像を不鮮明
にしそうなハーフトーン処理の影響を調節するための補
正動作として行われる。すなわち、鮮明化段階は画像の
微細部の損失を防止する。鮮明化段階の後に行われる第
３および最終の段階は上述した閾値化処理である。すな
わち、この閾値化段階の終了した時点で所望のハーフト
ーン画像が発生する。而して、本発明において使用され
る特定のかつ好ましい閾値化法は青色雑音マスク法であ
る。さらに、本出願において使用するハーフトーン画像
は上述のかつ第７図の予備処理段階にしたがって発生す
る。

ハーフトーン画像はファクシミリシステムにおいて冗
長な送信時間を要することが知られている。逆に、テキ
ストおよび線図の冗長性の無い場合はハーフトーン画像
は黒白画素の「モザイク」になる。そこで、２値ハーフ
トーン画像の効率良い圧縮が数学的コード化を含む異な
る観点から研究されている（LangdonおよびRissanen、
「黒白画像の圧縮」（IEEE Trans.Comm.,COM-29（６）,
pp.858-867,1981）およびUrban、「ファクシミリシステ
ムのための電子画像処理における基準」（Jour.Elect.I
maging,1（１）,pp.5-21,1992）参照）。しかしなが
ら、どの方法もまだ広範な用途に使用されておらず、特
に高画質ハーフトーン再生処理において最適化されてい
ない。

発明の概要および目的 上述の観点から、グレイスケール画像を生成するため
にハーフトーン画像を逆処理する方法および装置が当業
界において依然として必要とされていることが明らかで
あり、このような手段においては、デジタルデータプロ
セッサが単純かつ高精度に用いられてグレイスケール画
像を提供するための逆ハーフトーン動作が実行される。
さらに、ハーフトーン画像のファクシミリ送信のための
簡潔で高効率なコード化処理が依然として必要とされて
いる。

而して、本発明の目的は望ましいグレイスケール画像
を生成するための簡潔かっ高信頼性の機構を有するハー
フトーン画像の逆ハーフトーン処理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ハーフトーン画像の逆ハ
ーフトーン処理およびハーフトーン画像の高効率送信の
ためのシステムを提供することである。

すなわち、本発明の上述およびその他の目的は、知覚
可能なぼやけを付加することなく、かつ、ハーフトーン
画像のドット構造を維持しながら２値画像をグレイスケ
ール画像に初期的に変換することによってハーフトーン
画像を逆ハーフトーン画像に変換するためのシステムに
より達成される。さらに、このことは上記ハーフトーン
画像の行列についてアダプティブランレングスアルゴリ
ズムを適用することにより達成される。次いで、ハーフ
トーン画像の行列についてアダプティブランレングスア
ルゴリズムを適用した結果が平均化され、その結果が低
域フィルタ処理された後に、このようにフィルタ処理し
た画像に残るインパルス成分がすべて除去される。その
後、画像の極端部に近いグレイスケールレベルがダイナ
ミックに再写像されて逆ハーフトーン画像若しくはグレ
イスケール画像が生成される。

本発明の他の態様においては、ここに開示する青色雑
音マスクがハーフトーン画像のファクシミリ通信のため
の情報を効率良くコード化して送信するために利用でき
る。すなわち、このことは、ハーフトーン画像をブロッ
クまたは準画像並びにまばらなハーフトーンエラー画像
の平均グレイ値としてコード化し、これら２種の画像を
連続して送信することにより達成される。画像のハーフ
トーン化は好ましくはここに開示する青色雑音マスクに
より行われる。すなわち、青色雑音マスクのような内蔵
型のハーフトーンスクリーンが送信および受信ファクシ
ミリ装置の両方に備えられている。送信されるグレイス
ケール画像は分離してハーフトーン化されハーフトーン
画像が生成されると共に、所定数の準領域の各々に対応
する局所的な平均グレイ画像（平均ブロックレベル画
像）が計算される。次いで、この平均グレイブロックが
同一のハーフトーンスクリーンによリハーフトーン化さ
れてブロック平均ハーフトーン画像が生成される。次
に、エラー画像がハーフトーン画像と平均ハーフトーン
画像との差により生成される。その後、平均ブロックレ
ベル画像とエラー画像がファクシミリ機によって標準的
なコード化様式により送信される。

受信ファクシミリ装置においては、平均ブロックレベ
ル画像が受信されてブロック平均ハーフトーン画像が生
成される。さらに、エラー画像も受信される。このよう
に受信されたエラー画像および生成されたハーフトーン
画像を用いて、所望のハーフトーン画像が平均ハーフト
ーン画像とエラー画像との付加により生成される。次い
で、得られたハーフトーン画像は印刷されその後の使用
のために記憶される。

上述のハーフトーン画像を送信および受信するための
システムは記憶または送信のためのデジタル画像をコー
ド化およびデコード化するために使用することもでき
る。この場合、画像は、まず、上記青色雑音マスクを用
いてグレイ画像をハーフトーン画像に還元することによ
り圧縮またはコード化される。さらに、ハーフトーン画
像を再生するために要する情報が還元されて、生成され
たハーフトーン画像が記憶または送信される。記憶また
は受信した情報をデコンプレッションまたはデコード化
するためには、上述の受信ファクシミリ装置において説
明したデコード化法を用いてハーフトーン画像を再生す
る。次いで、上述の逆ハーフトーン化システムをハーフ
トーン画像に適用して元のグレイスケール画像を概ね回
復する。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に従って形成される青色雑音パタンの
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を構成するフローチ
ャート図である。

第３図は本発明に従う青色雑音マスクを用いるハーフ
トーン化のデジタル的実施のためのフローチャート図で
ある。

第４図は本発明に従う青色雑音マスクを用いるハーフ
トーン化のデジタル的実施のためのハードウェアシステ
ムの概略的なブロック図である。

第５図は本発明に従う青色雑音マスクを用いるハーフ
トーン化の光学的実施のための乗算式写真処理を示す図
である。

第６図は第５図の処理に関連する青色雑音マスクを用
いるハーフトーン化の光学的実施において用いることの
できる付加的な写真処理を示す図である。

第７図はグレイスケール画像について行われてこれを
ハーフトーン画像に変換するための予備処理段階を示す
フローチャート図である。

第８図はグレイレベルの全領域を含む本発明に従う青
色雑音マスクを用いた拡張１および４画素再生に対応す
る曲線を示す図である。

第９図は本発明に従うハーフトーン画像から逆ハーフ
トーン画像を得るためのフローチャート図である。

第10図は本発明に従うハーフトーン化法を用いるグレ
イ画像送信のためのフローチャート図である。

第11図は第10図の段階を経て送信されるグレイ画像を
受信し、かつ、第10図のグレイ画像から所望のハーフト
ーン画像を生成するためのフローチャート図である。

第12図は本発明に従うデジタル画像をコード化および
デコード化するための別のシステムを示すフローチャー
ト図である。

第13図は本発明に従うハーフトーン画像を受送信する
ための受信および送信ファクシミリ装置の使用を説明す
る概略的ブロック図である。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明を説明する前に、青色雑音マスク閾値化法の原
理について説明する。

上述したように、本発明はグレイスケール画像の「青
色雑音」マスクに対する画素一画素対比によりその機能
を果たす式のハーフトーン化システムを用いている。こ
こに記載するように、「青色雑音」とはR.Ulichneyの著
書「デジタルハーフトーン化」に記載されるような視覚
的に好ましい特性を有する無視可能な低周波数成分を有
するパタンである。

本発明においては、画素の大きさに応じて、グレイス
ケール画像または青色雑音マスクのいずれか、すなわ
ち、１または０がグレイスケール画像のハーフトーン化
体である２値（黒または白）画像ファイルに配される。
グレイスケール画像がＭ×Ｎ画素の大きさで１画素当た
りＢビットのグレイであるとすると、青色雑音マスクは
より小さなＪ×Ｋの大きさのアレイとすることができ、
ここで、ＪはＭよりも小さいか等しく、また、ＫはＮよ
りも小さいか等しく、１画素当たりＢ−１ビットとな
る。

さらに、本発明の青色雑音マスクは特異的な第１次お
よび第２次の特性を有するように構成されている。この
場合、任意のレベル、例えば最大レベルのＡ％に閾値化
されたとすると、各100画素の正確にＡ個が閾値よりも
大きくなる。加えて、閾値についての画素の空間的分布
が視覚的に好ましく示される青色雑音パタンを形成する
ように調整される。

それゆえ、開示の青色雑音マスクは１次統計値が均一
にグレイレベル上に分布するような特性を有している。
すなわち、青色雑音マスクがグレイレベルｇに閾値化さ
れると、すべての値の正確にｇ×100％が閾値よりも低
くなる。例えば、ｇ＝0.5の時、正確に50％の青色雑音
マスクの画素が閾値よりも上であり、また、残りの50％
がこれより下である。さらに、開示の青色雑音マスクは
任意のレベルｇに閾値化された時に結果として得られる
ビットパタンが閾値に対応する理想的な青色雑音パタン
に一致若しくは近似するようなパワースペクトルを有し
ている。加えて、青色雑音画像が明白な「ラップアラウ
ンド」特性により構成されるので、Ｊ×Ｋ画素の小さな
青色雑音パタンをより大きなＭ×Ｎ画素画像のハーフト
ーン化に使用することができる。つまり、上記の画素一
画素対比が、明白な不連続や周期性を呈示することな
く、モジュロＪおよびモジュロＫをそれぞれの方向に進
行させるためである。ただし、（Ｊ×Ｋ）の値はX/2よ
りも小さくなってはならない（Ｘは元のグレイスケール
画像のレベル数である）。

次に、分離した空間が連続空間に置き換えられるアナ
ログ仕様の場合における本発明のデジタルハーフトーン
化システムを説明する。ここでは、ｘおよびｙを連続空
間、また、ｉおよびｊを分離空間を表す符号とする。そ
こで、グレイスケール画像をｆ（x,y）で、青色雑音マ
スクをｍ（x,y）で、さらに、出力（ハーフトーン化）
２値画像をｈ（x,y）で表現する。

この結果、Ｂ−ビット画像アレイｆ（i,j）の場合、
青色雑音マスクアレイｍ（i,j）は、ｆ（i,j）に対して
閾値化された時に白および黒ドットの2^Bまでのレベルの
分布変化を長方形状のグリッド上に表現することができ
るようなＢ−ビットアレイになる。なお、青色雑音マス
クの寸法はグレイスケール画像の寸法よりも小さくする
ことができ、さらに、グレイスケール画像のハーフトー
ン化は全画像平面上のｍ（i,j）の周期的な繰り返しに
よって成される。例えば、256×256の８ビットクラスの
画像の場合、128×128の８ビット青色雑音マスクアレイ
を使用することができる。

一定レベルｇにおいて青色雑音マスクを閾値化した後
の２値パタンをこのレベルに対応するドットプロフィル
と称する。このドットプロフィルはマスクアレイと同一
の寸法を有しており、１と０から構成されるアレイであ
る。なお、１の０に対する比は各ドットプロフィルによ
り異なり、特定のドットプロフィルが示すグレイレベル
に依存する。この場合、グレイレベルが高くなるとドッ
トプロフィル中に含まれる１が多くなりまた０が少なく
なる。ここで、ｐ（i,j,g）をグレイレベルｇの場合の
画素位置（i,j）におけるドットプロフィルの値とす
る。さらに、ｇ＝０は黒を示し、ｇ＝１は白を示す。し
たがって、０≦ｇ≦１である。また、画素位置（i,j）
における分離空間関数ｆ（i,j）の値をf_i,jとして示す
ことにより、Ｎ×Ｎの２値画像ｈ（x,y）がドットプロ
フィルにおいて以下のように表現できる。

上式においては、Ｒは表示装置上のアドレス可能な点
の間の間隔であり、|x|＜1/2の時にrect（ｘ）＝１であ
り、他の場合はrect（ｘ）＝０である。それゆえ、任意
のグレイスケール画像に対して、対応する２値画像ｈ
（x,y）をドットプロフィルにおいて以下のように構成
することができる。すなわち、（i,j）位置に在って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）における各画素に対して、２値画像アレイｈ（i,j）
において対応する画素は（i,j）位置におけるｇレベル
のドットプロフィルの値によって定まる値を有する。

而して、各レベルに対応するドットプロフィルは１価
関数すなわち青色雑音マスクを構成するべく設定されか
つ組み合わされる。さらに、青色雑音マスクは任意レベ
ルに閾値化された時に得られるドットプロフィルが、ハ
ーフトーン化処理において青色雑音パタンとして知られ
る、小さな低周波数成分を伴う局所的に非周期的で等方
的な２値パタンとなるように構成される。このようなド
ットプロフィルは互いに非独立的であるが、特定の０を
１に置き換えることによりレベルg₁に対応するドットプ
ロフィルからレベルg₁＋Δｇに対応するドットプロフィ
ルが構成できる。例えば、Ｎ×ＮのＢビットマスクアレ
イで2^Bにより与えられる最大画素の場合、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
遷移するために１に変化する０の数はN²／2^Bとなる。

このように、ドットプロフィルがg₁におけるパタンか
らg₁＋Δｇに変化すると、累積アレイと称される別のア
レイがグレイレベル間のドットプロフィルにおける変化
の軌跡を維持するように増加する。この累積アレイ（２
値アレイではなくＢビットアレイである）が青色雑音マ
スクになる。つまり、任意レベルｇに閾値化されると、
結果として得られる２値パタンがレベルに対応するドッ
トプロフィルを再生するからである。

以下、図面に基づいて説明する。なお、図面において
は、同一の参照番号が全体を通して使用されている。第
１図は低周波数成分の無い半径方向に対称な青色雑音パ
タンのパワースペクトル図である。周波数領域における
低周波数成分が無いので、空間領域におけるアーティフ
ァクトが無いことになる。また、周波数領域において半
径方向に対象であるから、空間領域において等方的にな
る。つまり、このような等方性、非周期性および低周波
数部分のアーティファクトが無いことはハーフトーン化
においてすべて望ましい特性である。つまり、これらの
特性は視覚的に好ましいパタンを提供する条件だからで
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は以下に示すようにグレイレベルｇに依存する。

ここで、Ｒは上述と同様にディスプレイ上のアドレス
可能な点の間の距離であり、グレイレベルｇは０と１の
間に規格化されている。この式から分かるように、f_gは
ｇ＝1/2においてその最大値となる。つまり、このレベ
ルにおいて黒と白のドットの集団が等しくなるために、
２値画像において極めて高い周波数成分が現れるからで
ある。

最大画素値を2^B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％
グレイレベルに相当するドットプロフィルｐ［i,j,1/
2］が生成される。すなわち、このドットプロフィルは
高域円対称フィルタを用いてフィルタ処理した後の白色
雑音パタンから生成され、視覚的に不快な低周波数成分
を有する２値パタンになる。次いで、青色雑音特性をｐ
［i,j,1/2］のドットプロフィルに付与するために以下
の処理手順が第２図に示すように用いられる。つまり、
同図はレベルｇからレベルｇ＋Δｇを発生するための青
色雑音マスクを構成するための段階を示すフローチャー
トである。

第１段階：ドットプロフィルｐ［i,j,1/2］の２次元
フーリエ変換を行い、ドットプロフィルＰ［u,v,1/2］
を得る。ここで、ｕおよびｖは変換座標であり、Ｐはフ
ーリエ変換を現す。

第２段階：青色雑音フィルタＤ［u,v,1/2］をスペク
トルＰ［u,v,1/2］に適用して、新しいスペクトル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ドットプロフィルスペクトルＰ′
［u,v,1/2］中に第１図の半径方向に対称な線に沿って
平均的な断面を生成するべく構成されている。この時、
主周波数はf_g＝１√2Rで与えられる。

第３段階:P′［u,v,1/2］の逆フーリエ変換を行い、
ｐ′［i,j,1/2］を得る。この値はもはや２進数ではな
くはるかに良好な青色雑音特性を有している。

第４段階：差ｅ［i,j,1/2］＝ｐ′［i,j,1/2］−ｐ
［i,j,1/2］を計算する。この差をエラーアレイと称す
る。

第５段階：各画素のｐ［i,j,1/2］の値にしたがって
すべての画素を二つのクラスに分類する。この場合、全
部０は第１クラスに属し、全部１は第２クラスに属す
る。次いで、各画素のｅ［i,j,1/2］の値にしたがって
２クラスにおけるすべての画素のランク付けを行う。

第６段階：最高の許容可能なエラーの大きさに対応す
る限界値l_e＝ｅを設定する。この限界値は、普通、エラ
ーの大きさの平均値に等しい。而して、０に対してはl_e
＝ｅであり、１に対してはl_e＝−ｅである。次いで、０
を含みかつこのように定めた限界値よりも高いエラー値
を有するすべての画素を１に変える。同様に、１を含み
かつ負の限界値よりも小さいエラーを有するすべての画
素を０に変える。この場合、１に変えられる０の数は０
に変えられる１の数と等しくなければならない。つま
り、全体の平均値を一定にする必要があるためである。
このようにして、初期化のプロセスが完了する。

その後、上述の手順が所定のエラーよりも高いエラー
値を有する画素が全く無くなるまで繰り返される。な
お、このような手順が繰り返される度に、エラーの大き
さの平均値は０および１の場合よりも低くなることに注
意されたい。

この初期化処理を終わらせるために、ｃ［i,j,1/2］
で示され累積アレイと称する別のＮ×Ｎアレイを参照し
て、ドットプロフィル中で０の値を有する画素のすべて
に2^B-1の値を付与し、そうでないものには2^B-1−１の値
をを付与する。このようにして、累積アレイが、最終的
に青色雑音マスクになるのだが、50％グレイレベルに閾
値化される時に得られるドットプロフィルがｐ［i,j,1/
2］に相当する。

上述のように1/2グレイレベルの場合のドットプロフ
ィルが決まると、次に、1/2＋ｇのグレイレベルが構成
される。ここでΔｇは、普通、量子化限界である1/2^Bと
定められる。なお、一般的には、Δｇ≧1/2^Bである。こ
の1/2＋Δｇグレイレベルに対応するドットプロフィル
はN²／2^B個の０を１に変換することにより1/2レベルに
対応するドットプロフィルから生成される。その後、第
２図における1/2ドットプロフィルの作成について既に
述べたものと同様の手順にしたがって０を含みかつ１に
より置き換えられる画素の選択が行われる。

一般に、ｇ＋Δｇレベルに対応するドットプロフィル
は、第２図に示すように、ｇレベルに対応するドットプ
ロフィルから生じさせることができる。すなわち、第４
段階まで、ｇ＋Δｇドットプロフィルの生成手順は前記
1/2レベルに対応する初期ドットプロフィルの生成手順
と全く同一である。重要なことは、第２段階において、
青色雑音フィルタの主周波数が式（２）にしたがってす
べてのレベルに対応して更新されることである。段階４
の後は、１グレイレベルの上昇が目的であるため、０の
みが１に変化する。次いで、上記エラーアレイを用い
て、０を含む画素が第５段階において分類かつ順序付け
され、第６段階においてN²／2^B個の選択された０が１に
変えられる。

この場合、０が１に変化する度に、その近隣の統計値
が変化して対応する近接画素のエラーアレイに含まれる
情報が全く無効になる。このため、数個の０のみが１に
置き換えられると、エラーアレイは再計算されるか近接
の平均値やランレングス等の付加的な基準が検証され
る。その後、累積アレイは、第７段階において、ドット
プロフィルｐ［i,j,g＋Δｇ］における０に依然として
相当する画素にのみ１を付加することにより更新され
る。

ここで、上線は０を１にまたはその逆に変化する論理
的「否定」演算を示す。

このようにして、青色雑音マスクが一定レベルｇ＋Δ
ｇに閾値化されると、得られる２値パタンがドットプロ
フィルｐ［i,j,g＋Δｇ］になる。その後、この手順
が、1/2＋Δｇから１に至るすべてのグレイレベルに対
応するドットプロフィルが生成されるまで繰り返され
る。また、１を０に変化し、累積アレイを以下のように
更新するという差異のみを除いて同一の方法により1/2
−Δｇから０までのレベルが生成される。

このようにしてこの処理がすべてのグレイレベルｇに
ついて実施されると、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ドットプロフィルを含むことにな
り、所望の青色雑音マスクが得られる。

こうして第１図および第２図に示すような青色雑音マ
スクが生じると、これをハーフトーン化処理に用いるこ
とができる。なお、この青色雑音マスクを用いるハーフ
トーン化は点アルゴリズムなので、デジタル的にも光学
的にも実施することが可能である。

第３図は本発明に従う青色雑音マスクを用いるハーフ
トーン化のデジタル的実施法を示すフローチャートであ
る。すなわち、ファクシミリ機およびレーザープリンタ
等のデジタル仕様においては、この方法は、1990年４月
24日に発行された米国特許第4920501号においてUlichne
yおよびSullivanらが教示する誤差拡散法等の他の青色
雑音生成技法に比して、はるかに少ないメモリおよび／
または計算を必要とする。

このような青色雑音マスクアレイを記憶するに要する
メモリは第４図に示すようなPROMである。而して、青色
雑音マスクアレイｍ（i,j）に対するＮ×Ｎグレイスケ
ール画像ｆ（i,j）のハーフトーン化は以下のように行
われる。まず、変数ｉおよびｊがステップ300および302
においてそれぞれ０に設定される。次いで、次の画素f
_i,jがステップ304において走査される。次に、ステップ
306において、画素f_i,jが青色雑音マスクアレイm_i,jに
おける対応素子の値よりも大きいか否かを決定するため
の動作が行われる。

ステップ306においてグレイスケール画像アレイの画
素値が青色雑音マスクアレイの画素値よりも大きいこと
が決定されると、結果として得られるアレイh_i,jの値が
ステップ310において０に等しく設定される。

また、ステップ306において肯定的な決定がなされる
と、結果として得られるアレイ素子h_i,jの値はステップ
308において１に等しく設定される。これらのステップ3
08および310の後に、ｊがＮ−１より大きいか否かの決
定が行われる。これにより行または列の端部が示され
る。この場合、否定的な決定がステップ312においてな
されると、ｊはステップ314においてｊ＋１に等しく設
定され、プログラムがステップ304に帰還して次の画素
を走査する。

また、ステップ312において肯定的な決定がなされる
と、走査線の端部への到達が示される。その後、この方
法は次の線における第１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より大きいか
否かの決定が行われる。この時、ステップ318において
肯定的な決定がなされると、画像の端部への到達が示さ
れ、プログラムが320において終了する。

また、ステップ318において否定的な決定がなされる
と、画像の端部には至らずに付加的な画素の残存が示さ
れる。したがって、次の線が走査される。すなわち、ｉ
の値がステップ322においてｉ＋１に等しく設定され、
ｊの値がステップ316において０に等しく設定された後
に、ステップ304において次の画素が走査される。

第４図は本出願において述べる青色雑音マスクを用い
るハーフトーン化のデジタル的実施に使用できるハード
ウェアの一例を示している。なお、ハードウェアの使用
はアナログ仕様の場合における比較器402の代わりに、
例えば、演算増幅器を使用することにより、デジタルま
たはアナログのいずれにも適用できる。而して、青色雑
音マスクを用いるデジタル的ハーフトーン化は他の既知
の青色雑音生成技法に比してはるかに高速である点で有
利となり、このことはハーフトーン化が簡潔な画素対比
により行われることに起因する。さらに、すべての閾値
が予め割り当てられるので、本発明の青色雑音マスク処
理を用いるデジタル的ハーフトーン化は比較段階を平行
して行うことによりさらに高速な動作を可能にすること
ができる。

第４図に示すように、スキャナ400が画像を走査し、
かつ、画像上の画素をアレイｆ（x,y）からグレイスケ
ール画像アレイｆ（i,j）に変換するために使用され
る。このスキャナ400の出力は比較器402の第１入力に供
給される。

既に述べたように、青色雑音マスクアレイｍ（i,j）
はコンピュータ405内に配されるPROM406に記憶される。
このPROM406からの出力は比較器402の第２入力に供給さ
れる。さらに、比較器の出力は２値画像アレイｈ（i,
j）となって２値ディスプレイ404に供給され、ディスプ
レイはこのアレイを最終の画像アレイｈ（x,y）に変換
する。

既に述べたように、本発明の青色雑音マスクを用いる
ハーフトーン化は光学的若しくは写真技法においても実
施することができる。このようなハーフトーン化システ
ムの光学的仕様の一例として、新聞印刷において使用す
る写真処理が挙げられる。さらに、このような処理方法
は乗算的若しくは加算的態様のいずれをも採ることが可
能である。

例えば、乗算的写真処理の場合は、第５図に示すよう
に、グレイスケール画像ｆ（x,y）500が青色雑音マスク
502を介して写真処理される。マスクは透過率ｍ（x,y）
を有しており、得られる重合せアレイｈ（x,y）＝ｆ
（x,y）×ｍ（x,y）が高ガンマフィルムのような高コン
トラストフィルム504上に印刷される。なお、アレイｆ
（x,y）における点f_pはアレイｈ（x,y）におけるドット
h_pに相当し、その大きさおよび形状はf_pが示すグレイレ
ベルに依存する。

第６図は青色雑音マスクが二重露光によりフィルム面
におけるグレイスケール画像に付加される加算的な写真
処理を示している。すなわち、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により付加
された後、ハーフトーン化出力を生じる高ガンマフィル
ム504に供給される。この加算器600はフィルム504の繰
り返し露光の最も簡単な形態であり、フィルム504上に
画像と青色雑音マスクが別々に露光された後に現像され
る。

一般に、グレイスケール写真の青色雑音マスクｍ（x,
y）はPROM若しくはコンピュータにインターフェイス処
理されたマトリクスカメラのようなフィルムプリンタを
用いて計算されたアレイｍ（i,j）から得ることができ
る。次いで、分離点から連続画像への変換が式（１）に
したがって行われる。而して、プリントフィルム若しく
はトランスパレンシィフィルムが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青色雑音マ
スクが生成される。

さらに、青色雑音マスクは多ビットおよびカラーディ
スプレイを含む仕様におけるハーフトーン化においても
使用することができる。また、青色雑音マスク（第２
図）を用いる２値ディスプレイのためのデジタルハーフ
トーン化処理は以下のように表現できる。

ｈ（i,j）＝int｛ｍ（i,j）＋ｆ（i,j）｝ （７） ここで、intは整数（integer）の省略語であり、ｍ
（i,j）およびｆ（i,j）のグレイレベルは０と１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）は以下のように表現できる。

ここで、2^K−１個の閾値は０と１の間で等間隔に離間
する値である。なお、不均一な量子化もまた可能であ
る。

本発明の方法は、各色成分を青色雑音マスクに対して
独立して閾値化し、これらを重複印刷することにより、
カラーハーフトーン化に適用することもできる。

また、逆ハーフトーン化の処理においては、ハーフト
ーン画像からグレイスケール画像を再構成するための二
つのカテゴリがある。第１のカテゴリには、有効な情報
がハーフトーン画像内に含まれる情報に制限される場合
が含まれる。このカテゴリはエラー分散のようなマスク
やハーフトーン核を用いないハーフトーン化法を含み、
使用される正確なハーフトーンマスクが不定である画像
を含む。一方、第２のカテゴリはハーフトーン核が既知
または決定可能のいずれかである場合から成る。このカ
テゴリには同定可能な順序ディザハーフトーン化法や青
色雑音マスク法が含まれる。さらに、ハーフトーン核が
既知である場合は、付加的な制約がグレイレベルを再構
成する使用の場合に設けることができる。本発明者ら
は、後者の場合が既に従来技術において処理されている
が、これら両方の場合について検討する。

上述の逆ハーフトーン化法の第２カテゴリは付加的な
情報がハーフトーンマスクの知見から得られる場合に使
用される。NetravaliおよびBowenは前述の彼らの著書
「ディザ画像の表示」（Proceedings of SID）におい
て、ハーフトーンマトリクスにより提供される情報を用
いることによりグレイレベル画像をそのディザ画像から
近似できることを指摘している。さらに、ハーフトーン
マスクが既知であれば、推定されるグレイレベルに対応
する可能なグレイ値の領域がより減少する。而して、Ne
travaliおよびBowenにより記載される方法よりも優れた
グレイスケール画像の推定が可能になる。

ハーフトーンマスクｈ（i,j）が分かっている場合、
グレイスケール画像の単一画素の推定は２値画像の各画
素から導くことができる。これは、ハーフトーン化の基
本的決定基準が以下の式に基づくためである。

したがって、単一画素推定法（ｈに規格化され、０＜
ｈ＜１）が以下のように記述できる。

ここで、推定値は与えられた範囲の期待値として得ら
れる。なお、各推定値の精度は画素に付随する数の範囲
に対応しており、もしもｂ（i,j）が１でありｈ（i,j）
が0.6である場合、ｇ′（i,j）の可能な値は0.6と1.0の
間になる。しかしながら、このような範囲は不都合に広
い範囲である。ただし、異なる推定値を組み合わせる方
法を用いることにより、このような広い範囲を限定する
ことが可能である。

この単一画素推定法は点動作であるため、近接動作に
伴うような付加的なぼやけは再生したグレイ画像に全く
生じない。また、単一画素動作を実行して得られる情報
は推定された画素値ｇ′（i,j）に限定されない。な
お、画像をさらに処理するために２種の付加的な規制が
使用できる。この規制の第１のものは「良さ（goodnes
s）」若しくは重み付け値であり、良い推定値と悪い推
定値とを区別する。この値は各推定値に割り当てること
ができる。而して、ｇ（i,j）が０に近付く場合、およ
び、ｇ（i,j）が１に近付く場合、において重み付け値
は以下のように増加し、 また以下のように減少する。

この情報は画素値がエラーに存する度合およびその値
をどのように調節するかを概算するために用いることが
できる。

第２の規制は各推定画素に有効な領域の情報である。
すなわち、この規制は境界を設定するために使用するこ
とができ、従って、次の処理がなされる際画素を不可能
な値をとらないようにしている。なお、この規制は以下
のように設定できる。

ハーフトーンマスクの対応画素に基づいて２値画像の
２個以上の画素が用いられる場合は、グレイスケール画
像推定法の精度において大幅な向上が得られる。例え
ば、画像が領域Ｒにおいて緩やかに変化し、ｂ（i,j）
が１であるとすると、結果は以下のようになる。

また、同様の規則がｂ（i,j）＝０の場合に導ける。

また、結果が混合している場合、すなわち、近接領域
においてｂの値が０および１である場合は、その結果は
以下のようになる。

ただし、ｇ′について新しい最小値および最大値が与
えられる。

近接動作には低域フィルタ処理の一定の形態が含まれ
るが、ハーフトーンマスクの規制に付随する近接動作は
２値パタンのみについての「円滑化」動作に付随するも
のに比してより小さくすることができる。而して、画素
数が増加すると、ｇ′の期待値は元のグレイレベルによ
り近付き、ダイナミック領域の圧縮が抑えられる。した
がって、青色雑音マスクは従来のスクリーンハーフトー
ン処理に比して優れていると言える。すなわち、青色雑
音マスクにおいては、近接する画素が高度に非相関的で
ある。他方、従来のマスクの場合は、隣接画素間に大き
な相関関係が存在し、それゆえ、独立する情報を得るた
めに要する領域サイズを増加する必要がある。つまり、
青色雑音マスクをハーフトーンの生成に用いる場合はこ
のような増加は全く必要としないのである。

青色雑音マスクを用いる近接動作により得られる情報
は以下のようにまとめることができる。

1.近接動作が低域フィルタ処理を含むため、一定の度合
のぼやけが生じ、その量は近接領域の大きさに依存す
る。

2.領域の圧縮は大幅に抑えられ、グレイスケール値の元
の領域はより近似して維持される。

3.「良さ」若しくは重み付けの基準、並びに、領域情報
は単一画素の場合のような正確さに対応するものではな
い。すなわち、推定値は任意の画素には付随せず、近接
画素の統計値に付随する。グレイスケール画像を再構成
するために単一画素法若しくは近接法と青色雑音マスク
とを用いることにより、得られる画像のグレイスケール
の圧縮が行われる。ほとんどのグレイレベルは再構成に
おいて依然として存在するが、局所的な平均値は圧縮さ
れる。例えば、１画素動作の場合、線形の50％圧縮が生
じる。また、近接法を用いる推定の場合、ダイナミック
領域は近接領域の増加に関与する画素数にしたがって拡
張する。

第８図は単一画素および４画素近接再構成法に帰属す
る写像を示す。入力グレイレベル推定値を垂直軸に再写
像して全体のグレイスケール［0,L−１］を利用するよ
うにしている。これらの雑音推定法の場合、写像結果は
理想的ではないため、逆ハーフトーン法の効果を最大に
するべくさらなる処理を行うことが必要である。

第８図に示すようにグレイレベルの全数が減少する
が、画像処理において知られるように、人間の視覚は連
続的な影をシミュレートしかつ輪郭線を回避するために
は６ビットまたは127グレイレベルのみを必要とする。
１画素動作はこの基準に適合するため、マスクが既知で
あれば、この方法により従来法に比して顕著な改善が得
られ、付加的なぼやけの無いより良好なグレイスケール
への近似が実行できる。なお、これらの結果を利用して
推定画像におけるエラーをさらに最小にするための最適
化周波数領域フィルタ処理法等の幾つかの技法が利用で
きる。

これまでに述べた方法は、各々、ハーフトーン画像か
らグレイスケール画像を再構成する特異的形態を提供し
たが、この方法の一部は視覚において良好な結果をもた
らし、また、他のものはその他の基準において良好な結
果をもたらす。しかしながら、多くの場合、その差は主
観的なものであり、それぞれの間での明白な有意差は認
められない。ただし、これらの異なる方法を組み合わせ
ることにより、一の方法における「強い」特性が他の方
法における「弱点」を打ち消すことができる。

上述から分かるように、多数の推定値ｇ′および後処
理による推定値ｇ″を得ることができる。なお、未知の
ハーフトーンマスクの場合においても、推定値を局所的
なウインドウ近接領域および１と０のランレングスに基
づいて求めることができる。しかしながら、ハーフトー
ンマスクが既知の場合は、真画像プラス０平均の白色雑
音としてモデル化できる付加的な推定を行うことができ
る。なお、独立の推定値は独立のエラーまたは雑音を有
する。異なる推定値について簡単な計算手法を用いて以
下の結果を得た。

独立した推定値の場合、雑音の最終的な平方偏差は各
推定値における雑音の平方偏差の1/kである。しかしな
がら、すべての推定値が独立していると見なすことがで
きるとは限らない。それゆえ、再構成手法間における独
立性は可変であると考えることが妥当であり、これらの
一部は単一画素動作に基づき、また、固定した局所隣接
領域、さらには、異なるアダプティブランレングスに基
づくものもある。

さらに、情報を組み合わせる方法、すなわち、本出願
において記載される本発明による逆ハーフトーン化法の
好ましい例においては、既に述べた異なるアルゴリズム
の幾つかが一連のアルゴリズムにつなげられる。このよ
うな方法は各アルゴリズムが連結して前段の情報をより
有効に利用するという理論に基づいており、それゆえ、
改善された結果を提供するものと考えられる。このよう
な態様においては、各技法の効果がより強調される一方
で、その弱点が抑えられる。

例えば、上述のアルゴリズムのいずれの一における結
果よりも優れた視覚効果を提供する３段シーケンスにつ
いて述べる。このような動作のシーケンスを第９図のブ
ロック図で示し、以下に説明する。第９図の動作シーケ
ンスは最も汎用のドットハーフトーン法によりハーフト
ーン化された画像に適用することができ、特に青色雑音
マスクおよびエラー拡散技法の場合において良好に動作
し、クラスタ処理されたドットハーフトーン画像の場合
にも使用することができる。さらに、このシーケンスは
必要とされるハーフトーンマスクまたは技法についての
情報を何ら要さない。

第７図について既に述べたように生成したハーフトー
ン画像900から始めて、ハーフトーン画像902の行904お
よび列にアダプティブランレングスアルゴリズムを適用
する。このアダプティブランレングスアルゴリズムは、
各々、全く不変のハーフトーン画像の行および列に以下
のように適用される。

このようなアダプティブランレングスアルゴリズムは
知覚可能なぼやけを付加することなく２値画像をグレイ
スケールに初期的に変換する。このアルゴリズムは容易
に拡張してさらに多情報の仕様にすることができる。例
えば、アルゴリズムは、パタンが繰り返している（若し
くはほぼ繰り返している）か否かを決定するために、１
または０から成る次の連鎖について「前方を見る」こと
が可能である。もしも、イエスである場合は、推定値は
その全体領域にわたって拡張できる。同様に、このラン
レングス仕様における一次元の行および列の処理は、二
次元フィルタおよび対角線のような異なる方向に沿うラ
ンレングスに拡張できる。なお、アダプティブランレン
グスフィルタは従来技術において必要としたようなハー
フトーンスクリーンの情報を必要としない。而して、グ
レイスケール情報の導入により、ぼやけが最小となり、
かつ、第２段階で利用されるエッジ検出の能力が向上す
る。なお、この第２段階は円滑化段階であり、円滑化ア
ルゴリズムに基づく局所的統計情報を使用する。このよ
うにエッジ部が容易に検出できるので、円滑化を行うオ
ペレータはアダプティブランレングスアルゴリズムのみ
を使用する場合に比してより良好な結果を得ることがで
きる。

次いで、行列についてのアダプティブランレングスア
ルゴリズムの適用結果がステップ906において平均化さ
れ、その情報がステップ908において局所的変化に敏感
なアダプティブ空間低域フィルタに与えられる。ステッ
プ908において使用できる典型的なアダプティブ雑音フ
ィルタとしてはLeeの文献「デジタル画像の改善および
局所的統計処理による雑音フィルタ処理」（IEEE Trans
action on Pattern Analysis and Machine Intelligenc
e,Vol.PAMI-2,No.2,pp.165-168,March 1980）に開示さ
れるフィルタが挙げられる。Leeの付加的な雑音フィル
タは５×５のカーネルを伴い、Ｋは800に設定されてい
て、以下の式にしたがってグレイスケール画像を生じ
る。

このように５×５のカーネルおよび800のＫ値を用い
ることにより、グレイスケール画像全体にわたって許容
可能な円滑化が行える。すなわち、フィルタ処理された
グレイスケール画像は低域処理に伴う斑点やぼやけのよ
うなアーティファクトを含まない。

ステップ908の終了後、得られたフィルタ処理画像は
任意にインパルス除去装置に加えられる。而して、ステ
ップ910において、残存するインパルスが除去される。
なお、ステップ910で使用できる好ましいインパルス除
去装置としては以下のような反復アルゴリズムが挙げら
れる。

グレイスケール画像はインパルス除去装置に１回だけ
通過させてもよい。すなわち、このインパルス除去装置
を使用する目的は、エッジ部を伴わずかつ近接領域にお
ける期待値から強く偏移する（＋または−30以上）画素
のすべてについて相対的な調節を施すことである。この
結果、一般に、画素の僅かな割合、すなわち2.0％以下
が修正される。

また、周期的でクラスタ処理されたドットのハーフト
ーン画像を逆ハーフトーン化する場合は、ステップ908
の出力がインパルスではなく周期的なパタンを有する。
これらの周期的パタンはハーフトーンスクリーンのカー
ネルに関係しており、ステップ910は周期的パタンとイ
ンパルスを除去するべく変形される。このことは周波数
選択フィルタのような従来手段またはクラスタを含むよ
うに式20を一般化することによって行うことができる。

ステップ910において残存インパルスまたは周期的パ
タンを除去した後においても、極値に近いグレイスケー
ルレベルが依然として正確に再生されていない。このよ
うな極値のグレイスケールレベルを再生するには異常に
長いランレングスを要する。任意数、例えば10、の連続
的な黒画素の場合、この領域は完全に黒（ｇ＝０）であ
る画像の小領域を伴うことがあるが、このように制限さ
れた領域のランレングスは画素を1/（10＋１）または
ｇ′＝23に量子化する。それゆえ、ステップ912におい
ては、極値（０または255）近傍の画素は第８図の入出
力曲線に類似する態様で単純な指数関数的シフトにより
これらの極値に再写像される。而して、このようなダイ
ナミック領域の再写像のステップ912の後、逆ハーフト
ーン画像またはグレイスケール画像914が再生される。

第９図に示すステップのシーケンスは、有効であれ
ば、マスク情報の使用を含むように修正することができ
る。例えば、ステップ902および904において、アダプテ
ィブランレングスを修正して式21に示される決定を行う
ようにできる。

ここで、ｇ′_bは量子化したランレングスを示し、
ｇ′_mはマスクデータと同一のランレングスを使用して
得られる値を示している。しかしながら、このような情
報に基づいて得られる結果がマスクの情報無しの場合に
比して良好になる場合は見いだされていない。さらに、
グレイスケールをハーフトーン画像に変換するためのマ
スクの情報無しにハーフトーン画像からグレイスケール
画像を再構成することが可能であることは明らかに有利
である。したがって、マスクを使用しないエラー拡散法
を用いて生じるハーフトーン画像が本発明により再構成
可能となる。また、マスク情報の関与はマスクが元のハ
ーフトーンスクリーンの位置に適正に位置合わせされな
い場合に起こるビーティングや折り返しの問題を引き起
こすおそれがある。

本出願の２値画像からグレイスケール画像を与える逆
ハーフトーン化法を用いても、正確なグレイスケール画
像を再生することは不可能である。これは、前述のハー
フトーン化処理が損失を伴う処理だからである。しかし
ながら、逆ハーフトーン化の現実的目的は達成すること
ができ、このことによって、画像のエッジ部およびフラ
ット部が正確に再生され、かつ、目立ったアーティファ
クトの無いグレイスケール画像を提供できるようになっ
た。また、本発明を用いることにより、ぼやけや斑点の
ようなアーティファクトの発生を最小にしながらグレイ
レベル間の遷移を連続的にする「ソフター」およびより
自然な視覚を与える画像が提供できる。

また、ここに開示の青色雑音マスク並びに他のハーフ
トーンスクリーンはハーフトーン画像のファクシミリ通
信における情報の高効率なコード化および送信のために
使用することができる。しかし、他のハーフトーンスク
リーンはこのような目的のために使用できるが、本明細
書に記載の青色雑音マスクによるハーフトーン化を通信
処理に利用する方が好ましい。既に述べたように、青色
雑音マスクはハーフトーンスクリーンであり、非造形的
な等方性パタンを有する視覚的に分散したドットパタン
を形成する。この青色雑音マスクのハーフトーンスクリ
ーンをファクシミリ通信における情報のコード化や送信
に使用するために、送信および受信ファクシミリ装置の
両方がそれらのメモリに同一のハーフトーンスクリーン
を記憶している。而して、後述するように、ハーフトー
ン画像のコード化の問題はブロックや準画像の平均的な
グレイ値を送信する問題として考えることができ、元の
ハーフトーンに比する冗長性やランレングスの増加によ
る希薄なハーフトーンエラー画像につながる。この結
果、画像エントロピーが減少し、典型的なランレングス
が５までのファクターだけ増加可能になり、これによ
り、画質および送信速度が向上し、ハーフトーンファッ
クス画像の利用性および許容性が高まる。

周知のように、ファックスデータの効率良い送信には
印刷テキストの冗長性が利用されている。黒または白画
素の長いランレングスは「モディファイドハフマン（Mo
dified Huffman）」および「モディファイドリード（Mo
dified Read）」コードを用いて表現され、行間の冗長
性がさらに用いられてファクシミリの再構成に要する１
ページ当たりのビット数を減少する。冗長性減少のコー
ド化はCCITTにより標準化されており、CCITTはグループ
３およびグループ４のファクシミリ装置の使用における
標準的なコード化様式を説明している。このCCITTファ
クシミリコード化様式は二次元の行単位コード化法を使
用しており、このような方法においては、当面のコード
化される行上の各変化要素の位置がコード化される行の
直上に在る基準行上に存する基準要素の位置に対応して
コード化される。さらに、コード化される行のコード化
が終了すると、その行が次にコード化される行の基準に
なる。

しかしながら、テキストの代わりにグレイスケール画
像が走査される場合に、コード化方式では困難さが生じ
る。つまり、たいていのファクシミリプリンタは白黒出
力のみが可能であるため、画像を最初にハーフトーン化
処理する必要がある。すなわち、ハーフトーン画像は一
般に分散した白黒画素のモザイクから構成されているの
で、従来の冗長性減少的なコード化には適さない。

多くの異なるハーフトーン技法が存在しているが、こ
れらの内で最も視覚的に好ましいものが「青色雑音」と
して知られる白黒画素の微細分散、非造形的、かつ、等
方性のパタンを提供する技法である。近年まで、青色雑
音パタンは「エラー拡散」アルゴリズムとして知られる
一連のアルゴリズムによって生成されていたが、これら
のアルゴリズムはハーフトーンパタンを与えるために新
たな画像が新たな計算を要するという不都合があった。
しかしながら、ここに記載の青色雑音マスクはハーフト
ーンスクリーンでありアルゴリズムではないため、白黒
画素の好ましい分散ドットから成る非造形的なパタンを
有するハーフトーンを迅速に与えるために使用すること
ができる。さらに、固定された特異的なハーフトーンス
クリーンが存在し、送信および受信用のファクシミリ装
置において再記憶および再生することができるので、青
色雑音マスクは画像の有効なエンコーダおよびデコーダ
として利用できる。

第10図に、送信用ファクシミリ装置の場合における、
青色雑音マスクのような内蔵型ハーフトーンスクリーン
を使用する方法を示し、第11図はその受信用ファクシミ
リ装置の場合を示す。なお、Bayerのクラスタ化したド
ットスクリーンもまた使用することができる。さらに、
グレイスケール画像が１画素当たりＢビットにおけるＭ
×Ｎ画素に量子化できることも予想できる。加えて、第
10図および第11図に示されるシステムおよびここに記載
される態様のシステムはファクシミリテキストの鮮明な
送信が実行できる。

第10図に示すように、このシステムはグレイスケール
画像ｇ（i,j）500から開始する。ステップ1002におい
て、グレイスケール画像はハーフトーン画像ｈ（i,j）
を生成するための比較規則の式22を用いることにより実
現できるハーフトーンスクリーンｂ（i,j）の多ビット
およびＭ×Ｎアレイの両方を用いてハーフトーン化され
る。

次に、ステップ1004に示すように、青色雑音マスクの
Ｍ×Ｎアレイよりも小さいＬ×Ｋのブロックがグレイス
ケール画像ｇ（i,j）を予備分割するために選ばれる。
その後、以下の式23にしたがって各Ｌ×Ｋの予備領域ま
たはブロックに対応する局所的な平均グレイ画像（平均
ブロックレベル画像）（Ｊ）が計算される。

ここでは、Ｊ番目の予備領域についての総和が得られ
る。

最適なＬ×Ｋの大きさは第10図に示す２種の通信ステ
ップ1012および1014を実行するに要する全時間に経験的
に基づいて決定できる。また、最適な大きさは画像のパ
ワースペクトルまたは相関的な長さを検討することによ
り経験的に求めることもできる。さらに、ステップ1006
において、平均値の代わりにメジアン演算子を使用して
エラー画像における改良を図ることができるが、大量の
計算が必要になる。

次に、ステップ1008において、ステップ1002で用いた
ハーフトーンスクリーンと同一のものを用いて、平均ブ
ロックレベル（Ｊ）のハーフトーン画像が生成され
る。

式24に示されるように、平均ブロックレベルのハーフ
トーン画像は「ブロック状」のハーフトーン画像（i,
j）であり、画像の低周波数成分のハーフトーン画像を
効果的に捕らえている。その後、ROMや他のメモリに同
一のハーフトーンスクリーンを記憶する受信機は予め調
整した順序で平均グレイブロックレベル（Ｊ）を受信
することによりブロック平均のハーフトーン画像（i,
j）を迅速に再構成することができる。

次に、ステップ1010において、エラー画像ｅ（i,j）
が生成される。このエラー画像は所望のハーフトーン画
像ｈ（i,j）とブロック平均ハーフトーン画像（i,j）
との差であり、以下のように計算される。

ｅ（i,j）＝〔（i,j）−ｈ（i.j）〕mod2 （25） この場合、ブロックサイズＬ×Ｋが小さいほど、エラ
ー画像がまばらになる。一方、付加的なブロックの平均
値を送信するための超過時間が必要になる。なお、エラ
ー画像ｅ（i,j）は十１、０または−１のいずれかであ
り、２値画像間の「エラー」および「非エラー」状態を
表現するためには２種の状態、すなわち、１および０が
必要であるが、このことはブロック平均ハーフトーン画
像と所望のハーフトーン画像との間の差のモジュロ２を
採ることにより実行できる。而して、所望の画像ｈ（i,
j）を受信ファクシミリ装置における平均値（Ｊ）お
よびｅ（i,j）から再構成することができる。

その後、ステップ1012に示すように、送信ファクシミ
リ装置が平均ブロックレベル（Ｊ）をシーケンス状に
送信する。ここでは、Ｊが１から（Ｎ×Ｍ）／（Ｋ×
Ｌ）に及ぶので（Ｎ×Ｍ）／（Ｋ×Ｌ）個のブロックが
存在し、それらの平均値（１ブロック当たりＢビット）
が任意の標準的手法によりコード化できる。

ステップ1014はハーフトーン画像情報の送信における
最終段階を示す。すなわち、このステップにおいては、
エラー画像ｅ（i,j）が送信ファクシミリ装置から受信
ファクシミリ装置に送信される。このエラーはまばらで
あるため、上記の標準CCITTコード化様式においてはさ
らに高効率である。

第11図は上述の如く送信ファクシミリ装置から送信さ
れる平均ブロックレベルとエラー画像を受信するための
受信ファクシミリ装置に用いられるシステムを示す。ス
テップ1100に示されるように、受信ファクシミリ装置は
まず平均ブロックレベル（Ｊ）を受信してブロック平
均ハーフトーン画像（i,j）を以下のように生成す
る。

ステップ1102では、受信ファクシミリ装置はエラー画
像ｅ（i,j）を受信する。次いで、ステップ1104に示す
ように、平均ハーフトーン画像（i,j）とエラー画像
ｅ（i,j）を加算し、かつ、加算におけるモジュロ２の
結果を採ることにより、所望のハーフトーン画像ｈ（i,
j）が生成される。このように所望とするハーフトーン
画像ｈ（i,j）が生成されると、従来手法により、これ
を受信ファクシミリ装置により印刷または後の使用のた
めにこの装置のメモリに記憶することができる。

なお、走査および受信段階に沿う送信段階は、最小の
時間で一のファックスから他のファックスに画像をファ
クシミリ送信できるので、同時に実行することが可能で
ある。而して、上述のハーフトーン画像の圧縮、送信お
よびデコンプレッションのためのシステムは受信ファク
シミリ装置において非造形的で視覚的に好ましい分散ド
ットパタンの画像を生成するために使用することができ
る。さらに、一般に「混んでいる（busy）」なハーフト
ーン画像の送信に比して、本発明はエントロピーを減少
し平均ランレングスのファクターを４ないし５増加して
いる。それゆえ、従来のCCITT技法を用いる高効率な送
信が実現でき、従来技術に比して、ファクシミリ装置に
よるハーフトーン画像の送信速度および画質を高めるこ
とができる。

また、第10図および第11図に開示の方法は記憶または
送信のいずれかの場合におけるデジタル画像のコード化
またはデコード化に使用することもできる。例えば、デ
ジタル画像の効率良い記憶または送信のためには大量の
データビットを要することが画像を処理する上で共通の
問題になっている。すなわち、連続色調の画質を1K×1K
の画素にデジタル化するためには、１画素当たり８ビッ
トにおいて、100万バイトの情報がデジタル画像の記憶
または送信に必要である。そこで、このような記憶およ
び送信時の損失を低減するために、多数のコード化様式
が開発されている。これらの様式はすべて、例えば、画
像に存する冗長性を利用することによって、元の画像を
特定するために必要とされる情報を最小にすることを目
的としている。本発明のシステムはデジタル画像をコー
ド化するためのいわゆる「損失（lossy）」法が許容可
能な画像を生成するために利用できる事実に基づくもの
である。

損失画像とは画像が近似的にのみ回復されているもの
であり、コード化したものから画像を正確に回復する場
合に対してこれを「損失」と称している。人間の目はコ
ード化またはデコード化された画像から生じる画像に存
する僅かな損失や低下を知覚し得ないので、このような
損失法は通常の使用に許容されるものである。通常の使
用において損失法として知られるコード化法の例として
は、共同写真専門グループ（JPEG）として知られる国際
的基準が挙げられる。このJPEG基準を用いることによ
り、コード化したデジタル画像を送信するために要する
情報量を10またはそれ以上のファクターまで減少でき、
その結果、電話回線によるコード化画像の迅速な送信が
可能となり、また、コード化画像を記憶するために要す
るメモリ量が低減できる。しかしながら、JPEG基準はハ
ーフトーン画像に好適でない。

さらに、第10図および第11図に示すコード化およびデ
コード化システムと第９図の逆ハーフトーン化システム
とを利用することにより、デジタル画像をコード化しか
つデコード化するための別システムが提供できる。この
方法を第12図に示す。すなわち、好ましくは本明細書に
開示の青色雑音マスクを用いて、グレイ画像またはカラ
ー画像の各チャンネルをハーフトーン画像に減少するこ
とにより、画像をまず圧縮またはコード化する。次い
で、第10図におけるステップの残りの部分を用いて、ハ
ーフトーン画像を再生するために要する情報をさらに減
少して生じたハーフトーン画像が記憶または送信可能と
なるようにする。次に、記憶または受信した情報をデコ
ンプレッションまたはデコードするために、第11図のデ
コード化法を用いてハーフトーン画像を再生する。その
後、第９図の逆ハーフトーン化法を適用して元のグレイ
スケールまたはカラーチャンネル画像を近似的に回復す
る。

このような方法は損失的ではあるが、中間的および高
い解像度のハーフトーン画像に適用される場合は、人間
の目はその損失を知覚しない。また、他のハーフトーン
スクリーンを用いることができるので、コード化及びデ
コード化法には青色雑音マスクを利用する必要はない
が、最高の画質を再生するために青色雑音マスクはその
好ましいハーフトーンスクリーンの態様とすることがで
きる。さらに、第12図に示すコード化およびデコード化
方式はJPEG方式に比してより簡単に使用できる点で有利
であり、JPEG方式よりも高速に動作し、かつ／または、
必要とするハードウェア量が少ない。加えて、JPEG方式
の原データは活用できないが、本発明の原データはハー
フトーン画像であり、「エラーアレイ」として利用でき
る。さらに、このようなデータは第12図に示すハーフト
ーンまたは連続色調の出力装置のいずれにも利用でき
る。すなわち、JPEG方式は連続色調の出力装置用に構成
されている。

また、２値画像に関する共同バイレベル画像グループ
（JBIG）ははるかに複雑であり、高画質分散ドットハー
フトーン画像について最適化されていない。したがっ
て、本発明は従来技術に比して優れた高速動作、簡潔構
成および高画質を提供できる。

第13図は送信ファクシミリ1300および受信ファクシミ
リ1302を示しており、これらの各々がそのメモリ内に同
一の青色雑音マスクを有している。本発明のシステムを
用いることにより、送信ファクシミリ1300を介してハー
フトーン画像をコード化形式で送信して受信ファクシミ
リにより受信およびデコードすることができる。その
後、デコード化されたハーフトーン画像は２値ディスプ
レイまたはプリンタ1200を用いて表示または印刷するこ
とができ、また、さらに処理された後で、連続ディスプ
レイまたはプリンタ1202により表示または印刷される。

本発明もまたカラー画像およびファクシミリ装置に適
用できる。すなわち、第９図、第10図、第11図、第12図
および第13図に示されるシステムはRGB空間、CYMK空
間、IYQ空間または他の色画面空間におけ各色画面に適
用できる。また、変形例として、ブロック平均レベルｇ
（i,j）が一のみの色画面から計算され、かつ、エラー
アレイｅ（i,j）が第１のフレームについてすべて計算
される場合に、各色画面間の相関が利用できる。

また、他の変形例として、本発明をシーケンス画像に
適用することが挙げられる。このような仕様において
は、ブロック平均値ｇ（i,j）が相関シーケンスとして
第１フレームについて計算され、さらに、これに伴うエ
ラーアレイが第１フレームについて計算される。

さらに、他の変形例は本発明の多ビットハーフトーン
への拡張であり、２値出力の代わりに、プリンタまたは
ディスプレイ装置が制限数の出力状態を生成する。この
ような場合においては、第９図ないし第13図における２
値データの処理が多ビットデータに拡張される。特に、
第９図のステップ904および902におけるアダプティブラ
ンレングスフィルタが１および０と共に多ビットレベル
のランレングスを探索するように修飾される。さらに、
第10図および第11図のエラー画像アレイｅ（i, ｊ）に
関係する動作が、ｂビットレベルのハーフトーンシステ
ムを利用する場合に、モジュロｂ演算（モジュロ２の代
わりに）を採用することが分かる。

以上、好ましい実施態様のみについて特定的に図示し
かつ説明したが、本発明の多様な変形および変更が上述
の教示に照らして、また、添付の請求の範囲すなわち本
発明の主旨から逸脱しない範囲において、可能であるこ
とは容易に理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 1/52 Ｇ０６Ｆ 15/68 ３１０Ｊ ３２０Ａ (56)参考文献 特開 昭62−164371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−114377（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−182169（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−182170（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−22761（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−501797（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 1/40 - 1/409 H04N 1/46 H04N 1/60

Claims (43)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハーフトーン画像における行および列とそ
   の対角線の少なくとも一についてアダプティブランレン
   グス処理を行い、得られた濃度推定値を組み合わせるこ
   とにより平均化した連続色調画像を形成する段階と、 前記平均化した連続色調画像をフィルタ処理する段階
   と、 前記フィルタ処理しかつ平均化した連続色調画像に残存
   するインパルスおよび周期性をすべて除去する段階と、
   から成ることを特徴とするハーフトーン画像の逆ハーフ
   トーン化のための方法。
2. 【請求項２】さらに、前記フィルタ処理しかつ平均化し
   た連続色調画像を前記インパルスおよび周期性の除去段
   階の後にダイナミック領域を拡張するように再写像して
   逆ハーフトーン画像を生成する段階を含むことを特徴と
   する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】ハーフトーン画像における行および列とそ
   の対角線についてアダプティブランレングス処理を行
   い、得られた濃度推定値を組み合わせて平均化した連続
   色調画像を形成する段階と、 前記平均化した連続色調画像に残存するインパルスおよ
   び周期性をすべて除去する段階と、 前記平均化した連続色調画像を前記インパルスおよび周
   期性の除去段階の後にダイナミック領域を拡張するよう
   に再写像して逆ハーフトーン画像を生成する段階とから
   成ることを特徴とするハーフトーン画像の逆ハーフトー
   ン化のための方法。
4. 【請求項４】さらに、前記平均化した連続色調画像にお
   けるインパルスおよび周期性を除去する段階の前に前記
   平均化した連続色調画像をフィルタ処理する段階を含む
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】ハーフトーン画像における行および列とそ
   の対角線についてアダプティブランレングス処理を行
   い、得られた濃度推定値を組み合わせて平均化した連続
   色調画像を形成する段階と、 前記平均化した連続色調画像をフィルタ処理する段階
   と、 前記フィルタ処理し平均化した連続色調画像をダイナミ
   ック領域を拡張するように再写像して逆ハーフトーン画
   像を生成する段階とから成ることを特徴とするハーフト
   ーン画像の逆ハーフトーン化のための方法。
6. 【請求項６】さらに、前記フィルタ処理し平均化した連
   続色調画像におけるインパルスおよび周期性を除去する
   段階を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】前記フィルタ処理の段階がアダプティブ空
   間低域フィルタを使用することを特徴とする請求項１、
   ４又は５に記載の方法。
8. 【請求項８】前記アダプティブランレングス処理が二次
   元領域を利用することを特徴とする請求項１、３又は５
   に記載の方法。
9. 【請求項９】前記ハーフトーン画像は、ｂビットハーフ
   トーン画像であることを特徴とする請求項１、３又は５
   に記載の方法。
10. 【請求項１０】前記ハーフトーン画像は、白黒画像に係
    るものであることを特徴とする請求項１、３又は５に記
    載の方法。
11. 【請求項１１】前記ハーフトーン画像は、カラー画像に
    係るものであることを特徴とする請求項１、３又は５に
    記載の方法。
12. 【請求項１２】連続色調画像を所定のハーフトーンスク
    リーンを用いてコード化してハーフトーン画像を発生す
    る段階と、 前記連続色調画像を所定の大きさの複数のブロックに分
    割する段階と、 前記複数のブロックごとに連続色調画像の平均を計算す
    ることにより、複数の局所的平均連続色調画像を計算す
    る段階と、 前記所定のハーフトーンスクリーンを用いて前記複数の
    局所的平均連続色調画像の各々に対応する複数のブロッ
    ク平均ハーフトーン画像を発生する段階と、 前記複数のブロック平均ハーフトーン画像と前記ハーフ
    トーン画像との差を得ることによりエラー画像を発生す
    る段階とから成ることを特徴とする連続色調画像をハー
    フトーン画像に交換して送信のために処理する方法。
13. 【請求項１３】前記ブロックの各々に対応する局所的な
    平均連続色調画像を送信する段階と、 前記エラー画像を送信する段階と、 を更に含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
14. 【請求項１４】前記送信する段階が、CCITT規格により
    定められたコード化技法を使用することを特徴とする請
    求項13に記載の方法。
15. 【請求項１５】前記送信する段階が連続的に行われるこ
    とを特徴とする請求項13に記載の方法。
16. 【請求項１６】前記複数の局所的平均連続色調画像を記
    憶する段階と、 前記エラー画像を記憶する段階と、 を更に含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
17. 【請求項１７】前記所定のハーフトーンスクリーンが青
    色雑音マスクであることを特徴とする請求項12に記載の
    方法。
18. 【請求項１８】前記ハーフトーン画像は、ｂビットハー
    フトーン画像であることを特徴とする請求項12に記載の
    方法。
19. 【請求項１９】前記ハーフトーン画像は、白黒画像に係
    るものであることを特徴とする請求項12に記載の方法。
20. 【請求項２０】前記ハーフトーン画像は、カラー画像に
    係るものであることを特徴とする請求項12に記載の方
    法。
21. 【請求項２１】連続色調画像を所定のハーフトーンスク
    リーンを用いてコード化してハーフトーン画像を発生す
    る段階と、 前記連続色調画像を所定の大きさの複数のブロックに分
    割する段階と、 前記複数のブロックごとに連続色調画像の平均を計算す
    ることにより、複数の局所的平均連続色調画像を計算す
    る段階と、 前記所定のハーフトーンスクリーンを用いて前記複数の
    局所的平均連続色調画像の各々に対応する複数のブロッ
    ク平均ハーフトーン画像を発生する段階と、 前記複数のブロック平均ハーフトーン画像と前記ハーフ
    トーン画像との差を得ることによりエラー画像を発生す
    る段階と、 前記複数の局所的平均連続色調画像及び前記エラー画像
    を送信する段階と、 送信された前記複数の局所的平均連続色調画像及び前記
    エラー画像を受信する段階と、 前記所定のハーフトーンスクリーンを用いて、受信した
    複数の局所的平均連続色調画像の各々に対応する複数の
    ブロック平均ハーフトーン画像を発生する段階と、 その複数のブロック平均ハーフトーン画像に受信したエ
    ラー画像を加えて、ハーフトーン画像を発生する段階
    と、 そのハーフトーン画像に逆ハーフトーン化を施して連続
    色調画像を発生する段階と、 を備えたことを特徴とする連続色調画像の送受信方法。
22. 【請求項２２】前記送信する段階が、CCITT規格により
    定められたコード化技法を使用することを特徴とする請
    求項21に記載の方法。
23. 【請求項２３】前記送信する段階が連続的に行われるこ
    とを特徴とする請求項21に記載の方法。
24. 【請求項２４】前記複数の局所的平均連続色調画像を記
    憶する段階と、 前記エラー画像画像を記憶する段階と、 を更に含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。
25. 【請求項２５】前記所定のハーフトーンスクリーンが青
    色雑音マスクであることを特徴とする請求項21に記載の
    方法。
26. 【請求項２６】前記ハーフトーン画像は、ｂビットハー
    フトーン画像であることを特徴とする請求項21に記載の
    方法。
27. 【請求項２７】前記ハーフトーン画像は、白黒画像に係
    るものであることを特徴とする請求項21に記載の方法。
28. 【請求項２８】前記ハーフトーン画像は、カラー画像に
    係るものであることを特徴とする請求項21に記載の方
    法。
29. 【請求項２９】ハーフトーン画像に逆ハーフトーン化を
    施して連続色調画像を発生する段階は、 前記ハーフトーン画像における行および列とその対角線
    の少なくとも一についてアダプティブランレングス処理
    を行い、得られた濃度推定値を組み合わせることにより
    平均化した連続色調画像を形成する段階と、 前記平均化した連続色調画像をフィルタ処理する段階
    と、 前記フィルタ処理しかつ平均化した連続色調画像に残存
    するインパルスおよび周期性をすべて除去する段階と、 を含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。
30. 【請求項３０】ハーフトーン画像に逆ハーフトーン化を
    施して連続色調画像を発生する段階は、 前記フィルタ処理しかつ平均化した連続色調画像を前記
    インパルスおよび周期性の除去段階の後にダイナミック
    領域を拡張するような再写像して逆ハーフトーン画像を
    生成する段階を、更に含むことを特徴とする請求項29に
    記載の方法。
31. 【請求項３１】所定のハーフトーンスクリーンを記憶す
    るメモリと、 連続色調画像を前記所定のハーフトーンスクリーンを用
    いてコード化してハーフトーン画像を発生する手段と、 前記連続色調画像を所定の大きさの複数のブロックに分
    割する手段と、 前記複数のブロックごとに連続色調画像の平均を計算す
    ることにより、複数の局所的平均連続色調画像を計算す
    る手段と、 前記所定のハーフトーンスクリーンを用いて前記複数の
    局所的平均連続色調画像の各々に対応する複数のブロッ
    ク平均ハーフトーン画像を発生する手段と、 前記複数のブロック平均ハーフトーン画像と前記ハーフ
    トーン画像との差を得ることによりエラー画像を発生す
    る手段と、 前記複数の局所的平均連続色調画像及び前記エラー画像
    を送信する手段と、 を備えることを特徴とするファクシミリ装置。
32. 【請求項３２】複数の局所的平均連続色調画像及びエラ
    ー画像を受信する手段と、 前記所定のハーフトーンスクリーンを用いて、受信した
    複数の局所的平均連続色調画像の各々に対応する複数の
    ブロック平均ハーフトーン画像を発生する手段と、 その複数のブロック平均ハーフトーン画像に受信したエ
    ラー画像を加えて、ハーフトーン画像を発生する手段
    と、 そのハーフトーン画像に逆ハーフトーン化を施して連続
    色調画像を発生する手段と、 を更に備えることを特徴とする請求項31に記載のファク
    シミリ装置。
33. 【請求項３３】前記送信手段が、CCITT規格により定め
    られたコード化技法を使用することを特徴とする請求項
    31に記載のファクシミリ装置。
34. 【請求項３４】前記送信手段が、連続的に前記複数の局
    所的平均連続画像及び前記エラー画像を送信することを
    特徴とする請求項31に記載のファクシミリ装置。
35. 【請求項３５】前記複数の局所的平均連続色調画像を記
    憶するメモリと、 前記エラー画像を記憶するメモリと、 を更に含むことを特徴とする請求項31に記載のファクシ
    ミリ装置。
36. 【請求項３６】前記所定のハーフトーンスクリーンが青
    色雑音マスクであることを特徴とする請求項31に記載の
    ファクシミリ装置。
37. 【請求項３７】前記ハーフトーン画像は、ｂビットハー
    フトーン画像であることを特徴とする請求項31に記載の
    ファクシミリ装置。
38. 【請求項３８】前記ハーフトーン画像は、白黒画像に係
    るものであることを特徴とする請求項31に記載のファク
    シミリ装置。
39. 【請求項３９】前記ハーフトーン画像は、カラー画像に
    係るものであることを特徴とする請求項31に記載のファ
    クシミリ装置。
40. 【請求項４０】ハーフトーン画像に逆ハーフトーン化を
    施して連続色調画像を発生する手段は、 前記ハーフトーン画像における行および列とその対角線
    の少なくとも一についてアダプティブランレングス処理
    を行い、得られた濃度推定値を組み合わせることにより
    平均化した連続色調画像を形成する手段と、 前記平均化した連続色調画像をフィルタ処理する手段
    と、 前記フィルタ処理しかつ平均化した連続色調画像に残存
    するインパルスおよび周期性をすべて除去する手段と、 を含むことを特徴とする請求項32に記載のファクシミリ
    装置。
41. 【請求項４１】ハーフトーン画像に逆ハーフトーン化を
    施して連続色調画像を発生する手段は、 前記フィルタ処理しかつ平均化した連続色調画像を前記
    インパルスおよび周期性の除去段階の後にダイナミック
    領域を拡張するように再写像して逆ハーフトーン画像を
    生成する手段を、更に含むことを特徴とする請求項40に
    記載のフアクシミリ装置。
42. 【請求項４２】前記ハーフトーン画像を印刷する手段を
    更に含むことを特徴とする請求項32に記載のファクシミ
    リ装置。
43. 【請求項４３】デジタル画像を所定のハーフトーンスク
    リーンを用いてコード化してハーフトーン画像を発生す
    る段階と、 前記デジタル画像を所定の大きさの複数のブロックに分
    割する段階と、 前記複数のブロックごとにデジタル画像の平均を計算す
    ることにより、複数の局所的平均デジタル画像を計算す
    る段階と、 前記所定のハーフトーンスクリーンを用いて前記複数の
    局所的平均デジタル画像の各々に対応する複数のブロッ
    ク平均ハーフトーン画像を発生する段階と、 前記複数のブロック平均ハーフトーン画像と前記ハーフ
    トーン画像との差を得ることによりエラー画像を発生す
    る段階と、 前記複数の局所的平均デジタル画像及び前記エラー画像
    を送信する段階と、 送信された前記複数の局所的平均デジタル画像及び前記
    エラー画像を受信する段階と、 前記所定のハーフトーンスクリーンを用いて、受信した
    複数の局所的平均デジタル画像の各々に対応する複数の
    ブロック平均ハーフトーン画像を発生する段階と、 その複数のブロック平均ハーフトーン画像に受信したエ
    ラー画像を加えて、ハーフトーン画像を発生する段階
    と、 そのハーフトーン画像に逆ハーフトーン化を施してデジ
    タル画像を発生する段階と、 を備えたことを特徴とするデジタル画像の送受信方法。