JP3141957B2

JP3141957B2 - 最適個別画像再現方法

Info

Publication number: JP3141957B2
Application number: JP03333539A
Authority: JP
Inventors: フレデリックプラスマイケル
Original assignee: ゼロックスコーポレーション
Priority date: 1990-12-26
Filing date: 1991-12-17
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: EP0493101A3; JPH04316272A; EP0493101B1; EP0493101A2; DE69125587D1; DE69125587T2; US5191640A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二次元の連続階調画像
を２レベル（bi-level) のディジタル出力装置に再現す
る方法である。

【０００２】

【従来の技術】一段と精巧かつ強力になっているコンピ
ュータ資源は、種々の一般的なデータ形成を処理するこ
とができる。文書データおよび組織化されたデータベー
スは、最も初期のデータ形式であった。現在では、図形
や画像のデータが汎用コンピュータ・システムで作ら
れ、転送され、処理されている。これらの新しいデータ
形式は、コンピュータ・システムの設計者に対して新し
い問題を提起している。ユーザにとっては、広範囲の種
々の装置のいずれで画像を表示しようと、この画像は、
情報交換用米国標準コード（ＡＳＣＩＩ）の文書資料の
表示と同じように鮮明でなければならない。異なったグ
レー・レベルの能力を有する業務用ビデオ表示装置、レ
ーザ・プリンタおよび家庭用ドットマトリックス・プリ
ンタでの種々の解像度と縦横比の全てが、同じように所
定の画像を再現しなければならない。この表示の鮮明度
を達成するために、各出力装置は、一般的なデジタル画
像データをその装置に特有の特性にマッチした形式に変
換する専用前処理装置を持たなければならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】所定の出力装置、例え
ばレーザ・プリンタまたはビデオ表示装置の２進性は、
連続階調画像の再現に特定の問題を提起する。写真フィ
ルムと幾つかの感熱材料以外に、真の連続階調のハード
・コピーを作る実際的方法はない。コンピュータのハー
ド・コピー装置は、本質的に殆ど例外なしに２進性であ
る。もし（しばしば画素またはビットと呼ぶ）解像の可
能性が最も低い画像の部分が、オンまたはオフのいずれ
かであり、その間の何らかの中間値がなければ、出力装
置は２進性である。ワークステーションや端子と結び付
いたビデオ表示装置は、確かに真の連続階調表示をする
能力があるが、これらは、しばしばフル・グレースケー
ル能力よりもむしろ、高い空間的解像度を生ずるフレー
ム・バッファ（frame buffers)によって実行される。

【０００４】出力前処理装置システムで実行されるディ
ジタル・ハーフトーン技術は、２進性画素の入念な構成
から連続階調画像の幻像（illusion）を作るいずれかの
アルゴリズムの工程によって構成される。大抵の出力装
置は、２進性のドットマトリックス文書または図形の表
示用に設計されているので、ディジタル・ハーフトーン
技術も、それらの装置に同じように画像を表示するメカ
ニズムを提供する。

【０００５】適切なディジタル・ハーフトーン技術は、
２つの特定の問題と取り組まなければならない。２つの
問題は、いずれも再現画像の最終的認識に於ける表示画
素の局部的集団での相互作用から生ずる問題である。第
１に、出力装置の特性によって、隣り合う画素の強度が
他の画素に影響を及ぼす可能性がある。例えば、プリン
タで、染料またはトナーが一局部の画素から他の画素へ
滲み出して、印刷画像を変える可能性がある。第２に、
人間の目それ自体は、画素の集団を纏めて読み取る傾向
がある。この影響は、しばしばビデオ表示装置の連続階
調色の幻像を作り出すことに利用される。しかし、人間
の目と脳によるレベルの低い処理の影響によって、理論
的には正確な画像表示認識が変化して、さらに好ましく
ない結果につながる可能性がある。

【０００６】いずれかの使用可能な２進性の表示装置に
連続階調画像を再現する申し分のない方法は、画像処理
の際の表示上の相互作用と認識上の相互作用の両方を考
慮に入れなければならない。所定の表示装置用に画像を
処理するため、このような方法によって、種々の異なっ
た表示システムの特性を、大きな困難なく互換可能に使
用することが可能でなければならない。さらに、この方
法は表示装置の物理的な出力は、人間の目と脳による認
識の両方の面での画素の相互作用を明確に考慮に入れな
ければならない。この方法によって、また最小の時間で
過度の計算力量を必要としないで、所定の表示システム
用に画像を処理することが可能でなければならない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、二次元の連続
階調画像を２レベルのディジタル出力装置から印刷また
は表示するのに適したビットマップに変換する新しい効
率的なアルゴリブムを提供する。本発明は、局部的な画
素の隣接部分に対する出力装置の影響と目と脳の受け取
り方の両方の特性を明らかにし、原画像に極めて近い出
力画像を合理的な時間内に提供する。

【０００８】本発明の手順は、二次元の連続階調モノク
ロ原画像で始まる。原画像の上に座標格子を置き、通常
のサンプリング技術を使用し、グレースケールの強度値
を格子の各画素に割当てることによって、原画像を先ず
解像度がより低い画像ビットマップに分解する。本方法
では、そうでない事例に敷衍することも可能であるが、
便宜上、原画像用の画素の格子は、出力装置の画像に対
応する格子と同じ間隔および寸法を有するものとする。
本発明は複数の強度値のアレイであるこのサンプルした
原画像を、オンとオフの値だけのアレイである印刷可能
なビットマップに変換する。本説明を通じて、印刷には
ドットマトリックス、レーザまたは他のプリンタからの
実際の印刷と、また全てのビデオ表示装置および全ての
他の表示技術による画像表示をも含むことが前提となっ
ている。

【０００９】第１に、特定の出力装置に適用可能なプリ
ンタ・モデルを指定する。たのプリンタ・モデルは、プ
リンタがどのようにして特定の印刷可能なビットマップ
を使用して、所定の出力を作り出すかを説明するアリゴ
リズムである。しばしば、画像形成媒体の非直線的また
は非ディジタル的応答、ドットの拡散または歪み、ドッ
トの重なり等のような種々のインクと用紙間の相互作用
は、２進性のビットマップの入力と印刷ビットマップの
出力間の厳密な１対１の対応、即ち再現を妨げる。プリ
ンタ・モデルは、装置の出力の特性の基本的特徴を捉
え、種々の２進性のテスト・パターンを印刷し、テスト
することによって指定されることができる。ある所定点
に於けるプリンタ・モデルの値がビットマップの少数の
近くにある画素によってのみ決まるという意味で、プリ
ンタ・モデルは局部的なモデルである。本説明で使用す
る単純なプリンタ・モデルは、中央の画素の出力強度を
計算する場合に、所定の画素に隣接する直近の８個の画
素の強度を考慮に入れる。

【００１０】第２に、どのようにして目と脳が、２レベ
ルの出力画像を認識するかを説明する認識モデルを提供
する。目と脳は、印刷されたビットマップを受け入れる
場合に、各画素を近くの画素との何らかの結合体のよう
に読み取る傾向がある。認識モデルは、目と脳によるこ
のレベルの低い処理が作り出した効果をきわめて近似し
て捉える。本説明で使用する単純なモデルでは、プリン
タ・モデルの動作と同じように、印刷画素を中心に集ま
った９×９の隣接部分の印刷画素の強度の加重平均とし
て、各出力画素の認識強度を計算する。プリンタ・モデ
ルの再現出力に認識モデルを適用することによって、認
識されたビットマップ画像、即ち認識が得られる。

【００１１】第３に、比較モデルは、原画像の認識と印
刷画像の認識とを比較する方法を提供する。比較はプリ
ンタ・モデルと認識モデルが局部的であるのと同様に局
部的であり、これは、１画素当り１つの数量として、こ
れらの数量の合計として表現可能でなければならず、各
数量はある特定の画素のある小さな隣接部分にある２つ
の画像の値によってのみ決まる。本説明用に、比較的単
純な比較モデルでは、認識された印刷画像の画素の強度
値を認識された原画像の対応する画素の強度値か減算
し、各画素の絶対差異値を加算し、２つの画像の差異値
の合計に到達する。

【００１２】プリンタ・モデルは、どのようにして所定
のビットマップ画像が、所定の出力装置から生ずるかを
説明する。隣接する画素はある所定の画素の物理的強度
に影響を与える可能性があり、その結果、全体の印刷ビ
ットマップは、変化した隣接部分の連続したものになっ
てしまう。認識モデルは、各画素の直近の隣接部分を与
えられた場合に、目と脳が印刷ビットマップの各画素を
どのように見るかを特徴づける。さらに、比較モデル
は、ある個人が印刷画像の認識と原画像の認識とをどの
ように比較することができるかを説明する。これらの３
つのモデル、即ちプリンタ・モデル、認識モデルおよび
比較モデルは、いずれもビットマップ画像がどのように
して印刷され、認識され、原画像と比較されるかを説明
し、印刷する前に原画像により近似するようにビットマ
ップを変更する手順の手段を提供する。

【００１３】実際のプリンタまたは他の出力装置にいず
れかのビットマップが送り込まれてしまう前に、本発明
は原画像をより忠実に複製するため、これらのモデルを
使用して原画像の他のビットマップを分析する。印刷可
能なビットマップの全ての順列をサンプリングした原画
像と単純に比較することは、不必要に複雑な仕事であ
る。その代りに、本発明はこの仕事を簡素化し、受入れ
可能な時間で原画像に極めて近いビットマップの再現を
可能にするダイナミックなプログラムのアルゴリズムを
提供する。

【００１４】サンプル画像を並べ換え、受入れ可能な印
刷可能ビットマップを形成する問題を単純化するため、
画像を介する一連の平行な帯状部分を使用し、一時に一
帯状部分の割合で、ほんの局部的な並べ換えを実行す
る。帯状部分は、ここではｎ個のビットの一定の幅を有
するビットマップの中の隣り合うビット即ち画素の線状
経路を示す。帯状部分にあるｎ個のビットの各列に、１
で始まり画素の帯状部分の長さによって終わる番号を付
す。選択した特定のプリンタ・モデルおよび認識モデル
如何で、帯状部分の始めと終りに境界として、ある数の
非画像ビットの列を追加し、一般的には１つの値に予め
設定しておく。便宜上、これらの非画像ビットを予め設
定し、それを０に保持する。現在の帯状部分内のビット
に対して適切な組み合わせを分析、選択するため、その
帯状部分の画像のビットを全て一定に保持する。次に、
順にその次の帯状部分を分析、変更し、全画像を処理し
終わるまでこれを繰り返す。

【００１５】ある１つの帯状部分の処理の第１ステップ
として、ｎ個のビットの第１列をこれから分析する現在
の列として選択する。また第１列に続くｋ個の連続する
「先読み」（“llok - ahead”）ビット列も選択する。
現在のビット列用に、先読みビットの全ての可能な構成
のアレイをコンピュータのメモリのインデックスに加え
る。さらに、現在のビット列の周囲に画素の第１および
第２隣接部分を形成する。これらの隣接部分の規模は、
プリンタ・モデルおよび認識モデルによって与えられ
る。認識モデルは、第２隣接部分の境界を形成し、ここ
では現在の列にある各ビットの周囲の３×３ビットます
である。第１隣接部分はより大きく、第２のより小さい
隣接部分の各画素のプリンタ効果の原因となる。例え
ば、この場合第２隣接部分の各画素は、それを中心にし
た３×３の隣接部分の画素によって影響される。したが
って、プリンタ・モデルの第１隣接部分は、認識モデル
の第２隣接部分の領域プラス第２隣接部分の周囲の１画
素の境界によって構成される。これら２つの隣接部分の
ビットの一部は先読みビットによって構成され、大多数
のビットは現在の帯状部分外で一定に保持された画像の
それらのビットを含み、また特に最初の数列および最後
の整列の場合、一定数のビットは実際のサンプルされた
画像外の非画像ビットであってもよく、これらの非画像
ビットに強度値ゼロを割当ててもよい。

【００１６】先読みビットの可能な各構成に対して、印
刷画像と原画像の間の局部的差異を最小にする現在のビ
ット列の値を選択する。幾つかのサブステップによっ
て、この選択を実行する。先読みビットの特定の構成を
一定に保持しつつ、一時に１つの構成の割合で現在のビ
ット列を並べ換える。現在の列の各構成に対して、第１
列の周囲の第１隣接部分にプリンタ・モデルを適用し、
第２隣接部分内のそれらの画素に対する現在のビットマ
ップ構成の、プリンタ装置によるきわめて近似した再現
を得る。（プリンタ・モデルによって再現された）第２
隣接部分の画素に認識モデルを適用することによって、
その列自体の印刷画素の目と脳による認識にきわめて近
い再現を得る。最後に、比較モデルは現在の列の認識値
と、原画像の認識値との間の全体的差異を計算し、現在
の列の特定の構成との連結差異値を記録する。この列ビ
ットの全ての構成を処理してから、印刷画像と原画像間
の差異が一番小さい構成と、それが所属する先読みビッ
トの特定の構成を記憶する。ビットマップのその他の部
分を一定に保持しながら同じ工程を繰り返し、その先読
みビットのセットの可能な各組合わせに対する最適の現
在のビット列を見出す。

【００１７】本工程の次のステップでは、帯状部分の次
のビット列を現在の列に指定し、それに従って先読みビ
ット列を調整する。この場合もまた、先読みビットの全
ての構成に対して、新たな現在の列のビット値を並べ換
え、印刷画像と原画像間の連結差異値を最小にする最適
のビットのセットを見出す。しかし、それ以前のビット
列に対して決定した差異値を計算に入れて、各列で計算
した連結差異値を累計する点が１つ異なっている。現在
の各列に対して次に続く分析ステップがつながっている
ので、この差異値の合算を行なってもよい。現在の列の
並べ換えた値と、その並べ換えた先読みビットのセット
との特定の組合わせによって、検討を行なったばかりの
それ以前の「現在の」列に対する先読みビットのただ１
つの構成が得られる。この先読みビットの構成がえられ
れば、連結差異値累計を最小にするには、それ以前の列
のビットのどの組合わせを選択すべきかを既に計算した
ことになる。遡って作業を進めて、現在の列の構成を選
択すれば、それ以前の列の全ての最適選択を見出すこと
ができる。帯状部分外のビットと同様に、これらの値が
設定されるので、その列の先読みビットのセットの各構
成を与えられれば、現在の列の値の各構成に対して、現
在の列を含み現在の列までの全ての列の連結差異値をこ
こでも計算することができる。

【００１８】現在の列の、その先読み列の各構成に対す
る最適値を選択する工程は、連結差異値累計を最小にす
るため、画像ビットの最終列に到達するまで、順に各ビ
ット列に対して繰り返される。最終列の先読みビット
は、１つの値に設定される（換言すれば、それらはただ
１つの構成を有する非画像ビットである）ので、その先
読みビットを与えられれば、最終列の最適値を計算する
ことによって、ただ１組の最適ビット値が得られる。こ
れらの値は、プリンタの作用および目と脳の認識を与え
られれば、この最終列のために選択すべき「最善の」値
である。次に手順は漸次遡り、その理由は、次のｋ−１
の先読み値（全てゼロ）と連結した値の最終列が、最終
直前列の先読み値を決定するからである。決定された先
読み値のセットを与えられれば、最終直前列のどのセッ
ト値が連結差異値を最小にするかを見出すだけでよく、
このようにして他の列の値が決定される。以上のとおり
遡りながら、最終直前列と最終列および次のｋ−２の先
読み列のビットによって、次の列の先読みビットの構成
が得られる。ここでもまた、この先読みビットの選択が
得られれば、それ以前の計算からこの列の最適値を見出
だすことができる。この工程は、第１列に到達し、帯状
部分の全ての列の全てのビットを選択し終える迄遡りつ
つ続けられる。この時点で、現在の帯状部分に対して、
認識された印刷画像と認識された原画像の間の連結差異
値は最小となった。

【００１９】第１帯状部分に対して説明した手順を、画
像の全ての帯状部分に対して繰り返す。計算時間対画質
の二律背反にはなるが、印刷可能なビットマップが原画
像に極めて近似した再現を与えるビットマップに落着く
まで、サンプル画像を横切って何度も全工程を行なって
もよい。例えば、第１の帯状部分をタテの経路に割り付
け、左から右へ分析した後、横に割り付け、上から下へ
と分析する別の帯状部分のセットを処理することができ
る等である。処理のアルゴリズムの各パスから得られる
限界利益は、パスの数が増加するにつれて一般的に減少
する。本発明の結果得られた印刷可能なビットマップ
は、出力装置による処理の後、原画像の忠実な複製を提
供するはずである。明らかなプリンタ効果と認識効果を
有することによって、また将来の先読みビットの選択を
得られれば、局部的ビット構成を使用して局部的最適選
択を見出すことによって、本発明はサンプリングした原
ビットマップを、特定の出力装置に適したビットマップ
に効果的かつ巧妙に変換する技術を提供する。

【００２０】好適な実施例の以下の説明を検討し、添付
図を参照することによって、本発明のその他の目標と目
的の評価と、本発明のより完全で包括的な理解を達成す
ることができる。

【００２１】

【実施例】本発明を説明するために、まず関連する一次
元の問題を検討することが有益である。この関連する問
題では、仮設上の一次元連続階調画像を２進法による一
次元ビットマップに変換する。この変換工程を実行する
ため、ブリンタ・モデル、認識モデル、および比較モデ
ルを指定しなければならない。

【００２２】理解し易いように、単純なプリンタ・モデ
ルを使用してもよい。下記の表１にこのモデルを示す。
このモデルは、画像形成媒体による実際の出力装置の、
組み合わさった、非直線、非ディジタル効果、即ち点の
拡散または歪み、点の重なり等を示す。プリンタ・モデ
ルを使用するために、演算手段は３つの隣接しているビ
ットマップのビット（例えば「１−１−０」）をサンプ
リングし、表１のプリンタのルック・アップ・テーブル
を使用し、表示された中央ビットの実際の強度を計算す
る。表１によれば、隣接している３つのビットマップ１
−１−０の結果、（理論上は強度「１」でなければなら
なかった）中央ビットの出力は0.８である。表１で使用
したプリンタ・モデルは比較的単純で、連続する３つの
各ビットマップに（0.２、0.６、0.２）の巻き込み核
（convolution kernel）を適用する。ビットマップの各
ビットにプリンタ・モデルを適用すること、即ち各ビッ
トをその隣接するビットで巻き込むことにより、その結
果として印刷ビットマップ（再現）を計算することがで
きる。非直線のプリンタ効果を複製する際のプリンタ・
モデルが正確であればある程、この計算もより正確にな
る。

【００２３】

【表１】

【００２４】初めのビットマップにプリンタ・モデルを
適用して、ビットマップの再現を行なった後、認識モデ
ルを適用することができる。上記で議論したように、認
識モデルは、人間の目と脳のレベルの低い処理に近いパ
ージョンを作り出す。本例では、単純な認識モデルは次
の演算を使用する。再現された画素の各位置に対して、
その画素の値に２を乗じ、隣りの２つの画素の値と合算
する。基本的には、この計算は（１、２、１）の巻き込
み核を有する低域フィルタを構成する。認識モデルを再
現ビットマップに適用した後、比較モデルを使用して、
このビットマップの新しい認識画像を当初の模様画像と
比較し、認識画像がどの程度理想から離れているかを判
定する。本発明で使用する比較モデルでは、２つの画像
の強度の画素×画素の絶対差異値を単純に合算する。

【００２５】次の表２は、テスト用ビットマップ上の３
つのモデルの動作を示す。テスト用ビットマップを、第
２列に示した望ましい模範画像と比較する。（本例のよ
うに一次元画像であれ、またはもっと一般的な二次元画
像であれ）画像の端部を明らかにするため、ビットマッ
プの境界を含む計算では、ビットマップの境界外の非実
在、非画像の全ての画素に単純に０の値を与えてもよ
い。表２の第１行を参照して、テスト用ビットマップの
第１ビット（値＝０）の隣接ビットは、０と１である。
このビットマップはビット番号１で終るので、隣接ビッ
トの０は任意に与えられた。第１ビットとその隣りのビ
ットにプリンタ・モデルを適用すると、0.２の値を有す
る再現ビットが得られる。次に、再現されたビット番号
１の周囲の隣接番号〔値は0.０（非画像ビットは、ビッ
トマップの境界外なので0.０を与える）、0.２および0.
６である〕に認識モデルを適用する。認識モデルによっ
て、ビット番号１に1.０の認識値が得られる。最後に、
比較モデルによって、テスト用ビットマップのビットの
認識値（1.０）と原画像の認識値（0.９）の間の絶対差
異値から、そのビットの「不良」（^"badness ^") 値0.
１が得られる。原画像ビットの認識値0.９は、同じ認識
モデルを２行目で得られた画像値に適用することによっ
て得られる。（例えば、この計算は１^*（0.０）＋２^*
（0.３）＋１^*（0.３）＝0.９である）。「不良」は、
印刷されたテスト用ビットマップの画素と、サンプル画
像の画素の認識値差異を示す。全てのテスト用ビットマ
ップのビットの全ての不良値を合計すると、合計不良値
は5.２となる。

【００２６】ある特定のテスト用ビットマップの合計不
良値を計算することができるので、本発明の方法によっ
て、この不良値を最小にするテスト用ビットマップを決
定することができる。この方法は、個々のモデルの局部
性に依存し、即ち所定の画素即ちビットは、画素の何ら
かの局部的な隣接部分にのみ依存する。本例で選択した
特定のモデルにとって、最初の３つのビットの位置につ
いて計算して部分的不良値は、位置６ないし９のビット
マップ値には全く依存しない。最後のビット３の認識値
は、認識モデルの動作を介してビット４の再現値によっ
て決まり、他方ビット４の再現値は、プリンタ・モデル
の動作を介してテスト用ビット５によって決まる。この
ように、ビット３の認識値は、ビット５のテスト用ビッ
トマップ値につながっているが、５から先のどのビット
にもつながっていない。各モデルの局部性は、ある点以
降、所定のビットの認識値の依存性を残りのビット値か
ら効果的に断ち切っている。

【００２７】

【表２】

【００２８】最適の一次元テスト用ビットマップを見出
す問題は、１組の関連した副次問題として示すことがで
きる。それらの形式はそれぞれ次のとおりである。副次
問題ｉ：ビットｉ＋１、ｉ＋２、ｉ＋３、ｉ＋４の全て
の可能な組合わせに対して、ｉ＋２を介してセル１の最
小の部分的不良値と、この最小値を得るビットｉの組合
わせを計算する表を構成すること。この形式化に於い
て、ｉは現在検討中のビットを示し、ｉ＋１、ｉ＋２、
ｉ＋３、ｉ＋４は「先読みビット」である。２⁴＝１６
通りの可能な先読みビットの組合わせと、ビットｉ当り
２つの可能な状態があるので、表は３２通りの組合せを
有する。これらの組合せのうち半分は、ある特定の先読
み構成の部分的不良値を最小にしないものとして除外す
る。

【００２９】３２のケースを全て検討し、より低い部分
的不良値を得られる１６のケースを残すことによって、
第１の副次問題は容易に解決される。表の一部を下記の
表３に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】先読みビット２ないし５の各構成に対し
て、ビット１の２つの可能な値、０と１がある。特定の
先読みビット構成１−０−０−０に対して、ビット１イ
コール０とすると部分的不良値0.８が得られ、他方値１
とすると部分的不良値3.０が得られる。したがって、特
定の先読みビット構成を与えられれば、ビット１の最適
値として値０が残る。

【００３２】次に続く副次問題は多少異なる。副次問題
２は、ビット番号２の最適値を得るために、ビット３、
４、５および６の各組合せに対してセル１ないし４の部
分的不良値を最小にする方法を表にする。表４は、部分
的に書き込まれたこれらの計算表を示す。

【００３３】

【表４】

【００３４】先読みビット３ないし６の各構成に対し
て、ビット２の列の交互の値を試してみる。ビット２に
特定の値が選択されれば、先の副次問題１で使用したよ
うに、ビット２ないし５は、ビットに先読みビットの全
組合わせを提供する。このようにして、ビット１の先読
みビットの特定値を与えられれば、ビット１の最適値を
思い出すためにそれ以前の計算の結果を参考にすること
ができる。それによってビット１ないし６の値を設定す
ることができる。これらの値およびプリンタ・モデルと
認識モデルを使って、ビット２の両方の値に対するビッ
ト１ないし４の合計不良値を計算することができ、ビッ
ト２の最適値の選択を可能にする。

【００３５】残りの副次問題の解決は、先読みビットの
特定の構成に対する現在のビットの他の値を選択しなが
ら、同じように進行する。次に続く各副次問題に於い
て、現在のビットの値は、その先読みビットのサブセッ
トと連結されて、１つ前の副次問題に対する先読みビッ
トの構成を与える。したがって、先読みビット構成がイ
ンデックスとして使用され、現在マイナス１のビットの
最適値が決定しているので、１つ前の副次問題から構成
された表を参考にすることができる。次に、現在マイナ
ス１のビット、現在のビットおよび現在のビットの先読
みビットの一部の値によって、現在マイナス２の副次問
題に対する先読みビット構成が得られ、以下同様であ
る。このようにして、ｉ番目のビットの値と、そのｉ番
目のビットの先読みビットの特定の構成の値とを交互に
選択することによって、ビット１ないしｉ＋４の値を全
て決定する。これらの値およびプリンタ・モデルと認識
モデルから、ビット１ないしｉ＋２の最小不良値を決定
することができる。最後に、最後の副次問題の最終ビッ
トの最適値を解決することによって、ビットマップ全体
の最小不良値が決定される。最後の副次問題の表は１行
だけてで構成され、その理由は、全ての先読みビットが
画像外にあり、また全て０に設定されている（換言すれ
ば、先読みビットの可能な構成は１つしかない）からで
ある。

【００３６】最後の副次問題を完了すれば、副次問題の
解答を遡行することによって、ビットマップの全てのビ
ットの最適組み合わせを容易に決定することができる。
最後の表によって最後のビットの組み合わせが得られ、
最後のビットと最後の直前の表によって、最後の直前の
ビットの最適組み合わせが得られ、以下同様で、第１表
とそれ迄に決定した全てのビットで完了し、両者が組合
わされてビット１の最適値が得られた。

【００３７】一次元画像のケースに対して示した解決法
は、二次元のケースの最適に近い解答を得るために適用
することもできる。次元が多いため、上述の作表企画
は、正確な解答を得るためにはも早使用することができ
ない。しかし、その技術は最適に近い二次元の解答の計
算に、効果的かつ実際的な方法を提供する。本発明は一
次元の方法を適用して、一時に１つの画素の狭い帯状部
分上にある所定の画像を最適化する。これによってサン
プル画像を並べ換えて、受入れ可能な印刷可能ビットマ
ップを形成する問題が単純化される。帯状部分１４は、
ここでは一定のｎ個のビットの幅を有する、ビットマッ
プ１２の隣り合うビット即ち画素の直線経路を示す。図
１に示すように、本例ではｎは２に等しい。帯状部分に
あるｎ個のビットの各列には、１で始まり、ビットの帯
状部分の長さで終る番号を付す。上記で議論したよう
に、特定のプリンタ・モデルおよび認識モデルの選択如
何で、非画像ビットの何列かを、境界として帯状部分の
各端部に付け加え、一般的には１つの値に事前設定す
る。（各画素の周囲に３×３の隣接部分を有する）本論
で使用される特定のモデルでは、帯状部分の始まりに２
列の非画像ビット列が必要で、末尾には４列が必要であ
る。便宜上、これらの非画像ビットは０に事前設定さ
れ、保持される。現在の帯状部分内のビットの適切な設
定を分析、選定するため、帯状部分外の画像の全てのビ
ットを一定に保持する。次に、次の帯状部分を順番に分
析、変更し、画像全体を処理し終えるまで以下同様であ
る。

【００３８】上記で論じたプリンタ・モデルと認識モデ
ルを二次元のケースに適用する場合、それらは簡単に特
定のビット即ち画素の周囲の二次元のますの巻き込みに
なることができる。例えば、プリンタ・モデル１７ａ
は、上記と同じ核を使用して画素の周囲の３×３の隣接
部分を巻き込むことができる（即ち図２に示すように、
中央画素の値に0.６を乗じ、それぞれ0.２を乗じたその
直近の８つの隣接値に加える。）同様に、図３に示すよ
うに認識モデル１７ｂ（１、２、１）の核を使用して画
素の周囲の３×３の隣接部分を巻き込む。比較モデルは
同じのままでよく、ただ個々の印刷ビットの認識値と理
想的画像の認識との間の絶対差異を付け加える。

【００３９】サンプル画像１２の個別のｉ番目の帯状部
分１４ｉを処理する場合に、第１ステップとしてｎ個の
ビットの第１列１６ａを分析すべき現在の列として選択
する。また第１列のｋ個の連続した先読みビット列も選
択する。本例では、ｋは４に等しい。コンピュータ・メ
モリの現在のビット列用のインデックスに、先読みビッ
トの全ての可能な構成のアレイを付け加える。さらに、
現在のビット列の周囲に画素の第１および第２隣接部分
を形成する。これらの隣接部分の規模は、プリンタ・モ
デル１７ａと認識モデル１７ｂによって与えられる。図
４に示すように、認識モデルは、ここでは現在の列の各
ビットを囲む３×３ますのでビットと、ある数の先読み
ビット列である第２隣接部分１８ａの境界を形成する。
本ケースでは、現在の列の先のさらに２つの列も第２隣
接部分に含まれる。第２隣接部分内の、また帯状部分内
のこれらのビットは、印刷され、認識された画像の最小
不良値を決定するために比較ステップで使用される。
第１隣接部分２０ａはより大きく、より小さい第２隣接
部分の各画素でのプリンタ効果の原因となる。例えば、
この場合第２隣接部分の各画素は、それを中心にした周
囲３×３の隣接部分の画素によって影響される。したが
って、プリンタ・モデルの第１隣接部分２０ａは、認識
モデルの第２隣接部分１８ａの領域プラス第２隣接部分
の周辺を囲む１画素の境界によって構成される。これら
２つの隣接部分のビットの一部は、先読みビットによっ
て構成され（図５に示した領域２２ａ）、多くは現在の
帯状部分外で一定に保持された画像のそれらのビットを
含み（領域２４ａと２４ｂ）、また特に最初の数列およ
び最後の数列では、ある数のビットが実際のサンプル画
像外の非画像ビットであってもよく、これらのビットに
強度値ゼロを割当ててもよい（領域２６）。

【００４０】図６は、プリンタ・モデルと認識モデルの
二次元動作を示す。ビットＢの再現値を得るため、第１
隣接部分２０の中にあるＢを囲む３×３の隣接部分２８
に、図２に示したプリンタ・モデル１７ａの巻き込み値
を適用する。次に、Ａの認識値を得るため、画素Ａを囲
む３×３の隣接部分３０の再現値に、図３に示した認識
モデル１７ｂの巻き込み値を適用する。隣接部分３０に
ある全ての画素Ｂは、それらの周囲に、プリンタ・モデ
ルを適用すべき同じような隣接部分２８を有し、また対
象の帯状部分内にある全ての画素Ａは、それらの周囲に
同じような隣接部分３０を有することになる。現在の帯
状部分内の列の所定のセットにある全ての画素Ａに対す
る全ての隣接部分３０のセットは、第２隣接部分１８ａ
を構成し、第２隣接部分１８ａ内の全ての値Ｂを囲む全
ての隣接部分２８のセットは、第１隣接部分２０ａを構
成する。

【００４１】先読みビット２２ａの可能な各構成に対し
て、印刷画像と原画像の間の局部的差異を最小にする現
在のビット列１６ａの値を選択する。幾つかのサブステ
ップによって、この選択を実行する。まず、先読みビッ
トのｋ個の列の特定の構成を一定に保持しつつ、一時に
１つの構成の割合で現在のビット列１６ａを並べ換え
る。次に、現在の列１６ａの各構成に対して、第１列１
６ａを囲む第１隣接部分２０ａにプリンタ・モデル１７
ａを適用し、第２隣接部分１８ａ内のそれらの画素に対
する現在のビットマップの構成の、プリンタ装置による
きわめて近似した再現を得る。（プリンタ・モデルによ
って再現された）第２隣接部分１８ａの画素に認識モデ
ル１７ｂを適用することによって、その列自体の印刷画
素の目と脳による認識にきわめて近い再現を得る。最後
に、比較モデルは現在の列の認識値（および第２隣接部
分１８ａ内の所定数の先読み列・・・ここでは２を選ん
だ）と、原画像の認識値との間の全体的差異を計算し、
現在の列１６ａの特定の構成との連結差異値を記録す
る。この列ビット１６ａの全ての構成を処理してから、
印刷画像と原画像間の差異が一番小さい構成と、それが
所属する先読みビットの特定の構成を記憶する。ビット
マップ１２のその他の部分を一定に保持しながら同じ工
程を繰り返し、その先読みビットのセット２２ａの可能
な各組合わせに対する最適の現在のビット列１６ａを見
出す。

【００４２】本工程の次のステップでは、図７に示すよ
うに帯状部分１４ｉの次のビット列１６ｂを現在の列に
指定し、それに従って先読みビットのｋ個の列２２ｂを
調整する。この場合もまた、先読みビット２２ｂの全て
の構成に対して、新たな現在の列１６ｂのビット値を並
べ換え、印刷画像と原画像間の連結差異値を最小にする
最適のビットのセット値を見出す。それに従ってまた第
１隣接部分２０ｂと第２隣接部分１８ｂも調整する。し
かし、それ以前のビット列（１６ａ等）に対して決定し
た差異値を計算に入れて、各列１６ｂで計算した連結差
異値を累計する点が１つ異なっている。現在の各列に対
して次に続く分析ステップがつながっているので、この
差異値の合算を行なってもよい。現在の列１６ｂの並べ
換えた値と、その並べ換えた先読みビット２２ｂのセッ
トとの特定の組合せによって、検討を行なったばかりの
それ以前の「現在の」列１６ａに対する先読みビット２
２ａのただ１つの構成が得られる。この先読みビットの
構成を知ることによって、それ以前の列ビット１６ａの
組合せを既に計算したことになり、連結差異値の累計を
最小にするにはぞれを選択すべきかを知ることができ
る。遡って作業を進めて、現在の列の構成を選択すれ
ば、それ以前の列の全ての最適選択を見出すことができ
る。帯状部分外のビットと同様に、これらの値が設定さ
れるので、その列の先読みビットのセットの各構成を与
えられれば、現在の列の値の各構成に対して、現在の列
を含み現在の列までの全ての列の連接差異値を計算する
ことができる。

【００４３】現在の列の、その先読み列の各構成に対す
る最適値を選択する工程は、連結差異値累計を最小にす
るため、画像ビットの最終列に到達するまで順に各ビッ
ト列に対して繰り返される。最終列の先読みビットは、
１つの値に設定される（換言すれば、それらは全てゼロ
に設定された非画像ビットで、ただ１つの構成を有する
のみである）ので、その先読みビットを与えられれば、
最終列の最適値を計算することによって、ただ１組の最
適ビット値が得られる。これらの値は、プリンタの作用
および目と脳の認識を与えられれば、この最終列のため
に選択すべき「最善の」値である。次に手続は漸次遡
り、その理由は、次のｋ−１の先読み値（全てゼロ）と
連結した値の最終列が、最終直前列の先読み値を決定す
るからである。上記で説明したように、決定された先読
み値のセットを与えられれば、すでに計算された最終直
前列の最小値のセットを参照して、他のビット列の値を
決定することができる。次に、遡って作業しながら最終
直前列と最終列およびｋ−２の先読み列のビットによっ
て、次の列の先読みビットの構成が得られる。ここでも
また、この先読みビットの特定の選択を与えられれば、
それ以前の計算からこの列の最適値を見出すことができ
る。この工程は、第１列に到達し、帯状部分の全ての列
の全てのビットを選択し終えるまで遡りながら続けられ
る。この時点で、現在の帯状部分に対して、認識された
印刷画像と認識された原画像の間の連結差異値は最小と
なった。

【００４４】第１帯状部分に対して説明した手順を、画
像の全ての帯状部分１４ｉに繰り返す。計算時間対画質
の二律背反にはなるが、印刷可能なビットマップが原画
像に極めて近似した再現を与えるビットマップに落ち着
くまで、サンプル画像を横切って何度も全工程を行なっ
てもよい。例えば、第１の帯状部分をタテの経路に割り
付け、左から右へ分析した後、横に割り付け、上から下
へと分析する別の帯状部分のセットを処理することがで
きる等である。処理のアルゴリズムの各バスから得られ
る限利益は、パスの数が増加するにつれて一般的に減少
する。本発明の結果得られた印刷可能なビットマップ
は、出力装置による処理の後、原画像の忠実な複製を提
供するはずである。明快なプリンタ効果と認識効果を有
することによって、また将来の先読みビットの選択を得
られれば、局部的ビット構成を使用して局部的最適選択
を見出すことによって、本発明はサンプリングした原画
像を、選定した出力装置に適したビットマップに効果的
かつ巧妙に変換する技術を提供する。

【００４５】開示した画像の最適な個別の再現方法およ
び装置は、全ての画像再現用途に適用可能である。特
に、連続階調モノクロ画像に関して本実施例を説明して
きたが、本発明の手順は、カラー画像の用途にも容易に
適用することができる。特定の好適な実施例に関して本
発明を詳細に説明してきたが、上記の請求項の精神およ
び範囲から逸脱することなく、この発明に種々の変形お
よび補強を行なうことが可能であることを、本発明に関
連する当業者は理解するであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って表示した帯状部分、現在のビッ
ト列および先読みビットを有するビットマップの概略図
である。

【図２】二次元のプリンタ・モデルの図である。

【図３】二次元の認識モデルの図である。

【図４】ビットマップに重ね合せた第１および第２隣接
部分を示すビットマップの概略図である。

【図５】非帯状部分のビット領域および非画像のビット
領域を示すビットマップの概略図である。

【図６】プリンタ・モデルおよび認識モデルの動作を示
すビットマップの概略図である。

【図７】本発明による１ビット前進させた現在のビット
列を有するビットマップの概略図である。

【符号の説明】

１０概略ビットマップ図１２サンプル画像１４ｉ現在のｉ番目のビットマップの帯状部分１６現在の列１７ａプリンタ・モデル１７ｂ認識モデル１８第２隣接部分２０第１隣接部分２２先読みビット２４一定に保持された非帯状部分の画像ビット２６ゼロに保持された非画像ビット２８プリンタ・モデルの隣接部分３０認識モデルの隣接部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/405 B41J 2/435 - 2/52

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原画像を印刷可能なビットマップに変換
する方法に於いて、（ａ）プリンタ・モデル（１７ａ）を形成するステッ
プ；（ｂ）認識モデル（１７ｂ）を形成するステップ；（ｃ）比較モデルを形成するステップ；（ｄ）上記の原画像をサンプリングしてサンプル画像
（１２）を形成するステップ；（ｅ）上記のサンプル画像（１２）を介して複数の平
行な帯状部分（１４）を構成するステップであって、上
記の各帯状部分（１４）は、隣り合ったビットの直線経
路であり、各経路はｎビットの幅を有する上記のステッ
プ；（ｆ）上記の各帯状部分（１４）にビット列（１６
ａ、１６ｂ等）の直線アレイを形成するステップであっ
て、上記の各ビット列（１６）はｎビットの幅であり、
上記の各帯状部分（１４）の上記の各ビット列（１０
６）に連続番号を付ける上記のステップ；（ｇ）ｉ番目の帯状部分（１４ｉ）の第１ビット列
（１６ａ）の値の構成を選択するステップであって、上
記のｉ番目の帯状部分（１４ｉ）は、ｐ個の上記のビッ
ト列（１６）を有し、非画像ビットのｑ個の列は、予め
設定されたビット（２６）を有する上記のステップ；（ｈ）上記の第１ビット列（１６ａ）に隣接し、上記
のｉ番目の帯状部分（１４ｉ）の中にある第１セットの
先読みビット（２２ａ）を決定するステップであって、
上記の第１セットの先読みビット（２２ａ）は、上記の
ｉ番目の帯状部分（１４ｉ）の１組のｋ個の連続するビ
ット列を有し、上記の第１セットの先読みビットは、１
つの値の構成を有する上記のステップ；（ｉ）上記の第１ビット列（１６ａ）を囲む第１隣接
部分（２０ａ）に上記のアリンタ・モデル（１７ａ）を
適用することによって、上記の第１隣接部分（２０ａ）
の印刷画像を得るステップ；（ｊ）上記の第１ビット列（１６ａ）を囲む上記の第
１隣接部分（２０ａ）の上記の印刷画像内の第２隣接部
分（１８ａ）に上記の認識モデル（１７ｂ）を適用する
ことによって、上記の第２隣接部分（１８ａ）の認識画
像を得るステップ；（ｋ）上記の比較モデルを適用して、上記の第２隣接
部分（１８ａ）の上記の認識画像と、上記の第２隣接部
分（１８ａ）の上記のサンプル画像(12)とを比較し、上
記の第２隣接部分（１８）内にある上記のｉ番目の帯状
部分（１４ｉ）のビット列のサブセットの各ビットに対
する差異値に到達するステップ；（ｉ）上記の差異値から連結差異値を計算するステッ
プ；（ｍ）上記の第１ビット列（１６）の値の上記構成と
共に上記の連結差異値を記憶するステップ；（ｎ）上記のｉ番目の帯状部分（１４ｉ）の上記の第
１ビット列（１６）の値の上記の構成を変更するステッ
プ；（ｏ）上記のｉ番目の帯状部分（１４ｉ）の上記の第
１ビット列（１６）の値の上記の構成が全て使用されて
しまうまで、ステップ（ｉ）ないし(n)を２ｎ回繰り返
すステップ；（ｐ）上記の記憶された連結差異値を比較することに
よって、上記の第１ビット列（１６）の値のいずれの上
記の構成が、上記の先読みビットの第１セット（２２）
の値の上記の構成に対して最小連結差異値を与えるかを
決定するステップ；（ｑ）上記のｉ番目の帯状部分（１４ｉ）の上記の第
１セットの先読みビット（２２）の値の上記の構成を変
更するステップ；（ｒ）上記のｉ番目の帯状部分（１４ｉ）の上記の先
読みビットの第１セット（２２）の値の上記の構成が全
て使用されてしまうまで、ステップ(i)ないし（ｑ）を
最大２^n+k回繰り返すステップ；および（ｓ）上記の第１セットの先読みビットの（２２）の
値の上記の各構成に対して上記の第１ビット列（１６）
の値の構成を記憶するステップであって、上記の第１ビ
ット列（１６）の値の上記の記憶された構成によって、
上記の第１セットの先読みビット（２２）の値の個々の
構成に対する最小連結差異値を得るステップ；によって構成されることを特徴とする方法。