JP3363721B2 - ハーフトーン処理方法及び画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力画像データの
階調値を装置側の持つ階調値に変換するハーフトーン処
理方法と、ハーフトーン処理方法を行う画像処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に画像処理装置は、入力した画像デ
ータの階調値を画像処理装置の持つ階調値に変換するハ
ーフトーン処理方法を行っている。ハーフトーン処理方
法には、入力画像データを構成する複数の画素の内、数
画素まとめたものを階調単位として、その階調単位で表
現できる階調数に入力画像データの階調値を変換してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のハーフトーン処
理方法にあっては、数画素まとめたものを階調単位とし
ているので、安定した階調性を得ることができる反面、
変換後の画像は解像度が落ちてしまっていた。従って、
１画素単位で変換して解像度をあげることも考えられる
が、１画素単位で変換した場合、安定した階調性を得る
ことができず、また表現できる階調数も少なかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明が講じた解決手段は、入力した入力画像デー
タの階調値を該入力画像データを入力した装置側の持つ
階調値に変換するハーフトーン処理を行う画像処理装置
において、前記入力画像データのデータ階調数を装置側
のバンド数で除算した商からなるバンド階調数が２のｎ
乗（２ⁿ）となるデータ階調数の入力画像データを受信
する階調画像受信部と、前記入力画像データの各画素の
階調値と前記バンド階調値から１を引いた数とのビット
毎のアンド演算を行うことによりモジュロ階調データに
変換するビットマスク処理部と、前記モジュロ階調デー
タをモジュロ二値画像データに変換する二値化処理部
と、前記入力画像データの各画素の階調値を２進数に変
換してｎビット右シフトした値からなる装置側の階調画
像データに変換するビットシフト処理部と、前記モジュ
ロ二値画像データと、前記装置側の階調値に変換された
階調画像データとを加算する加算部とを有するものであ
る。

【０００５】上述の解決手段によれば、入力画像データ
のデータ階調数が、該入力画像データのデータ階調数を
装置側のバンド数で除算した商からなるバンド階調数を
２のｎ乗（２ⁿ）とする入力画像を受信する階調画像受
信部を有し、入力画像データの各画素の階調値とバンド
階調値から１を引いた数とのビット毎のアンド演算を行
うビットマスク処理部と、入力画像データの各画素の階
調値を２進数に変換してｎビット右シフトして装置側の
階調画像データに変換するビットシフト処理部とを有す
るので高速な処理が可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面に共通す
る要素には同一の符号を付す。

【０００７】第１の実施の形態 図１は本発明に係る第１の実施の形態におけるハーフト
ーン処理装置の原理を説明するための画像処理装置のブ
ロック図、図２はこの画像処理装置に入力される階調画
像データと階調ヘッドとの階調関係を説明する図であ
る。

【０００８】画像処理装置１は、図示せぬ上位装置から
階調画像データを受信する階調画像受信部２、後に詳述
するハーフトーン処理装置３、及びハーフトーン処理装
置３により階調を変換された階調画像データを印刷する
階調ヘッド４を備えている。階調ヘッド４とは、例えば
電子写真方式のプリンタにおいて、感光体への光の照射
時間を変えることにより、印刷されるドットの大きさを
変化させて複数階調表現できるヘッドを指す。

【０００９】ハーフトーン処理とは、入力した階調画像
データ（以下、入力画像データとする）の階調値を階調
ヘッド４の階調値に変換する処理である。本実施の形態
では、入力画像データが表現可能な階調数（以下、デー
タ階調数とする）は２５６であり、従って、入力画像デ
ータは０〜２５５の階調値を持っている。また階調ヘッ
ド４が表現可能な階調数（以下、ヘッド階調数とする）
は５であり、従って、階調ヘッド４は０〜４の階調値を
持っている。

【００１０】また本説明では、階調ヘッド４の階調値の
１階調間をバンド（図２参照）としており、ヘッド階調
数５の階調ヘッド４は４つのバンドを有する。各バンド
には、入力画像データの階調値が同数含まれており、１
バンドに含まれる階調数をバンド階調数とすると、バン
ド階調数は６４となる。バンド階調数は、データ階調数
（２５６）をバンド数（ヘッド階調数−１＝４）で除算
した商である。

【００１１】ここでハーフトーン処理装置３の構成を説
明する。ハーフトーン処理装置３はモジュロ演算部５、
二値化処理部６、除算部７及び加算部８を有している。
モジュロ演算部５は、階調画像受信部２が受信した入力
画像データの各画素毎の階調値をバンド階調数で除算し
た余りを新しい階調データとしている。即ち、入力画像
データの各階調値をバンド階調数の階調値に変換してい
る。以下、この処理をバンド化処理と称す。

【００１２】二値化処理部６はモジュロ演算部５から入
力した新しい階調データを、後述するディザ法や誤差拡
散法等で二値化処理を施して二値画像データに変換し、
加算部８へ出力する。

【００１３】除算部７は入力画像データの各画素毎の階
調値をバンド階調数で除算した商を新しい階調画像デー
タとしている。即ち、入力画像データの各階調値をヘッ
ド階調値に変換している。以下、この処理を正規化処理
と称す。

【００１４】加算部８は、二値化処理部６から出力され
る二値画像データと、除算部７から出力される階調デー
タとを合成する。詳しくは両画像データに対し、対応す
る各画素毎に算術加算して合成画像データを生成してい
る。

【００１５】ところで、ディザ法とは、二値化に用いる
しきい値を配列（ＤｉｔｈｅｒＭａｔｒｉｘ）として持
ち、各画素毎にしきい値を変化させることにより、疑似
的に階調を表現するハーフトーン処理の一つである。し
きい値が固定ではなくばらばらに配置されるので、“震
える”という意味の“ｄｉｔｈｅｒ”という名前が付け
られている。図３はディザ法によるハーフトーン処理の
例を示す説明図であり、図３を用いてディザ法について
さらに説明する。

【００１６】例えば図の入力画像データの画素Ａの階調
値は“３”であり、この画素に対応するしきい値は
“０”になっている。入力画像データの階調値がしきい
値よりも大きいので、対応するドットは黒（階調値１）
となる。またこの画素の隣の画素Ｂの階調値は“４”、
対応するしきい値は“８”となっている。入力画像デー
タの階調値がしきい値以下であるので、対応するドット
は白（階調値０）となる。

【００１７】また誤差拡散法とは、入力画素の階調値と
固定しきい値との比較による二値化に際して、二値化に
より発生した誤差を近傍画素の階調値に分配加算し、こ
の加算された階調値を入力画素の階調値として逐次的に
二値化を行うハーフトーン処理の一つである。以下、図
４及び図５を用いてさらに説明する。図４及び図５は、
誤差拡散法によるハーフトーン処理の例を示す説明図で
ある。

【００１８】入力画像データの１画素の階調値をＩ
（ｉ、ｊ）とし、出力される画像データの階調値をＥ
（ｉ、ｊ）とすると、二値化誤差Ｅｒｒ（ｉ、ｊ）は以
下のように求められる。

【００１９】 Ｅ（ｉ、ｊ） ＝Ｉ（ｉ、ｊ）−Ｅｒｒ（ｉ、ｊ） ・・・（１） ここで、図４に示すように、Ｉ（ｉ、ｊ）がＴｈよりも
大きい時、Ｅ（ｉ、ｊ）＝ＭＡＸ（黒）であり、Ｉ
（ｉ、ｊ）がＴｈ以下である時、Ｅ（ｉ、ｊ）＝ＭＩＮ
（白）である。ＭＡＸは入力画像の階調値の上限、ＭＩ
Ｎは下限で、Ｔｈは二値化のための固定しきい値であ
る。データ階調数が２５６階調ならば、ＭＡＸは２５
６、ＭＩＮは０となる。そして、この二値化誤差を近傍
画素に拡散させ、入力画像データの画素の階調値に置き
換える。代表的な拡散方法として次式に示すものがある
（図５参照）。なお、式（２）〜（５）のＶ、Ｗ、Ｙ、
Ｚは夫々誤差の拡散係数であり、Ｖ＋Ｗ＋Ｙ＋Ｚ＝１で
ある。

【００２０】 Ｉ（ｉ＋１、ｊ） ＝Ｉ（ｉ＋１、ｊ）＋Ｅｒｒ（ｉ、ｊ）×Ｖ ・・・（２） Ｉ（ｉ−１、ｊ＋１） ＝Ｉ（ｉ−１、ｊ＋１）＋Ｅｒｒ（ｉ、ｊ）×Ｗ ・・・（３） Ｉ（ｉ、ｊ＋１） ＝Ｉ（ｉ、ｊ＋１）＋Ｅｒｒ（ｉ、ｊ）×Ｙ ・・・（４） Ｉ（ｉ＋１、ｊ＋１） ＝Ｉ（ｉ＋１、ｊ＋１）＋Ｅｒｒ（ｉ、ｊ）×Ｚ ・・・（５） 次にハーフトーン処理動作及び印刷動作を図６及び図７
を加えて説明する。ここでは、データ階調数を２５６と
し、ヘッド階調数を５とし、バンド階調数を６４とし、
二値化処理として固定しきい値を３２とする単純二値化
を用いた場合について説明する。図６は第１の実施の形
態の原理を説明するためのフローチャートであり、図７
は第１の実施の形態の原理を説明するためのハーフトー
ン処理動作説明図である。なお、図７（ａ）は入力画像
データの一部（４画素×４画素）であり、各画素の数字
はその画素の階調値を示す。

【００２１】階調画像受信部２は、上位装置から送出さ
れる入力画像データを受信すると、この入力画像データ
を読み込む（ステップＳ１）。

【００２２】読み込まれた入力画像データはモジュロ演
算部５に送出され、モジュロ演算部５は各画素毎の階調
値をバンド階調数で除算した余りを求めることにより、
入力画像データをバンド化する（図７（ｂ）参照）。即
ち、画素Ｃを例として説明すると、画素Ｃの階調値は５
０であり、この値をバンド階調数で除算すると、商は０
余りは５０となる。従って、画素Ｃの階調値は５０に変
換される。

【００２３】バンド化された階調データは二値化処理部
６に送出され、二値化処理部６はこの画像データに対
し、上述した二値化処理（ディザ法、誤差拡散法）を施
すことにより二値画像データを生成する（ステップＳ
２、図７（ｃ）参照）。

【００２４】同時に、階調画像受信部２に読み込まれた
入力画像データは除算部７に送出され、除算部７は各画
素毎の階調値をバンド階調数で除算して、ヘッドの階調
数から１を引いた数と同数の階調値“４”に正規化し、
新しい階調データを生成する（ステップＳ２、図７
（ｄ）参照）。即ち、画素Ｃを例として説明すると、画
素Ｃの階調値は５０であり、この値をバンド階調数で除
算すると商は０となる。従って、画素Ｃの階調値は０に
変換される。

【００２５】そして、二値化処理部６で生成された二値
画像データ、及び除算部７で生成された階調データは、
対応する各画素毎に加算部８で算術加算される（ステッ
プＳ３、図７（ｅ）参照）。即ち、二値画像データの画
素Ｄの階調値“１”と正規化された階調データの画素Ｅ
の階調値“０”とを加算すると、合成画像データの画素
Ｆの階調値“１”となる。

【００２６】算術加算により生成された合成画像データ
は階調ヘッド４に送出され（ステップＳ４）、階調ヘッ
ド４はこの合成画像データに基づき印刷をする（ステッ
プＳ５）。

【００２７】以上の説明では、入力画像データの階調値
を１画素毎にハーフトーン処理を施してヘッド階調値に
変換しているので、数画素まとめて階調変換する場合よ
りも解像度が良い。

【００２８】特徴部分の説明 上記の説明では入力画像の各階調値をバンド階調数で除
算した商及び余りを利用してハーフトーン処理を行って
いるが、本発明の特徴部分としては、ビット演算により
ハーフトーン処理を行っている。即ち、バンド階調数が
２のべき乗である場合、バンド化処理で用いるモジュロ
演算はビットマスク（ＡＮＤ処理）によって実現でき、
正規化処理で用いる除算は右方向へのビットシフトで実
現できる。以下、図８を用いて詳述する。図８は第１の
実施の形態の特徴部分のハーフトーン処理装置を備えた
画像処理装置のブロック図である。

【００２９】画像処理装置１１は、図示せぬ上位装置か
ら階調画像データを受信する階調画像受信部１２、後に
詳述するハーフトーン処理装置１３、及びハーフトーン
処理装置１３により階調を変換された階調画像データを
印刷する階調ヘッド１４を備えている。

【００３０】ハーフトーン処理装置１３はビットマスク
処理部、二値化処理部１６、ビットシフト処理部１７及
び加算部１８を有している。ビットマスク処理部１５
は、階調画像受信部１２が受信した入力画像データの各
画素毎の階調値とバンド階調値とを夫々二進数に変換し
たものに対し、ビット毎のアンド処理を行い、処理結果
を再び１０進数に変換している。即ち、入力画像データ
の各階調値をバンド階調数の階調値に変換することによ
り、原理説明のモジュロ演算部５と同様の処理（バンド
化処理）を行う。

【００３１】ビットシフト処理部１７は入力画像データ
の各画素毎の階調値を二進数に変換し、後述するｎドッ
ト右シフトした後再び１０進数に変換している。即ち、
入力画像データの各階調値をヘッド階調値に変換するこ
とにより、原理説明の除算部７と同様の処理（正規化処
理）を行う。

【００３２】前述のｎドットはバンド階調数のべき指数
を表している。従って、バンド階調数が６４（２6 ）で
ある場合、べき指数は６となる。即ち、本実施の形態で
は、バンド階調数が２ⁿ であるとき、処理対象の入力画
像データの階調値と２ⁿ−１とのビット毎のアンド処理
を行うことによりバンド化処理を行い、入力画像データ
の階調値をＬｏｇ₂ ２ⁿ ビット右シフトすることにより
正規化処理を行う。

【００３３】なお、階調画像受信部１２、階調ヘッド１
４、二値化処理部１６及び加算部１８は、夫々原理説明
の形態の階調画像受信部２、階調ヘッド４、二値化処理
部６及び加算部８と同じものであるので、説明は省略す
る。

【００３４】次に、ハーフトーン処理動作及び印刷動作
を図７、図８を用いて説明する。この動作は、原理説明
と同様、データ階調数を２５６とし、ヘッド階調数を５
とし、バンド階調数を６４とし、二値化処理として固定
しきい値を３２とする単純二値化を用いた場合について
説明する。なお、このハーフトーン処理動作は、原理説
明のステップＳ１〜ステップＳ５の内、ステップＳ２の
動作が異なるのみである。従って、異なる動作のみを説
明し、同様の動作（ステップＳ１、ステップＳ４、ステ
ップＳ５）については省略する。

【００３５】図７（ａ）に示す入力画像データの画素Ｇ
（階調値２００）を例に説明する。ビットマスク処理部
１５は式（６）に示すように、２００（入力画像データ
の階調値）と６３（バンド階調数から１を引いた数）と
を二進数に変換し、アンド処理を行った後再び１０進数
に変換する（バンド化処理）。

【００３６】 ２００ＡＮＤ６３ ＝（１１００１０００）₂ ＡＮＤ（１１１１１１）₂ ＝（００１０００）₂ ＝８ ・・・（６） 従って、図７（ｂ）に示す階調データの画素Ｈの階調値
“８”と等しくなっている。

【００３７】二値化処理部１６はビットマスク処理部１
５によりバンド化された階調データ（図７（ｂ）参照）
に対し、上述した二値化処理を施すことにより二値画像
データを生成する。生成された二値画像データ（図７
（ｃ）参照）は加算部１８へ出力される。

【００３８】ビットシフト処理部１７は、式（７）に示
すように入力画像データの各画素の階調値を二進数に変
換し、６ビット右シフトした後再び１０進数に変換する
（正規化）。なお、演算子“＞＞”は右シフトを意味し
ている。

【００３９】 ２００＞＞６ ＝（１１００１０００）₂ ＞＞６ ＝（１１）₂ ＝３ ・・・（７） 従って、図７（ｄ）に示す階調データの画素Ｋの階調値
“３”と等しくなっている。生成された階調データ（図
７（ｄ）参照）は加算部１８へ出力される。

【００４０】本実施の形態では、バンド階調数が２のべ
き乗の場合に限り、バンド化及び正規化における除算の
代わりにビット演算を用いているので、原理説明の構成
よりも処理速度は高速となる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
入力画像データの各画素の階調値をバンド階調の持つ階
調数の階調値に変換した後、二値画像に変換した二値画
像データと、入力画像データの各画素の階調値をバンド
階調を参照して対応する装置側の階調値に変換した階調
画像データとを合成することにより、変換後の画像は解
像度が落ちることなく安定した階調性を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態の原理を説明す
るための画像処理装置のブロック図である。

【図２】第１の実施の形態の階調画像データと階調ヘッ
ドとの階調関係説明図である。

【図３】ディザ法によるハーフトーン処理の例を示す説
明図である。

【図４】誤差拡散法によるハーフトーン処理の例を示す
説明図である。

【図５】誤差拡散法によるハーフトーン処理の例を示す
説明図である。

【図６】第１の実施の形態の原理を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図７】第１の実施の形態の原理を説明するためのハー
フトーン処理動作説明図である。

【図８】第１の実施の形態の特徴部分の画像処理装置の
ブロック図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力した入力画像データの階調値を該入力
   画像データを入力した装置側の持つ階調値に変換するハ
   ーフトーン処理を行う画像処理装置において、 前記入力画像データのデータ階調数を装置側のバンド数
   で除算した商からなるバンド階調数が２のｎ乗（２ ⁿ ）
   となるデータ階調数の入力画像データを受信する階調画
   像受信部と、 前記入力画像データの各画素の階調値と前記バンド階調
   値から１を引いた数とのビット毎のアンド演算を行うこ
   とによりモジュロ階調データに変換するビットマスク処
   理部と、 前記モジュロ階調データをモジュロ二値画像データに変
   換する二値化処理部と、前記入力画像データの各画素の
   階調値を２進数に変換してｎビット右シフトした値から
   なる装置側の階調画像データに変換するビットシフト処
   理部と、 前記モジュロ二値画像データと、前記装置側の階調値に
   変換された階調画像データとを加算する加算部とを有す
   ることを特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の画像処理装置において前記
   二値化処理部は、ディザ法により前記モジュロ階調デー
   タを２値化するディザ二値化処理部から構成されること
   を特徴とする画像処理装置。