JP3679260B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多階調の画像データを中間調表示可能な２階調画像データに変換して出力する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ファクシミリ装置、複写機あるいはプリンタなどでは、中間調画像を２値化画像として表現している。中間調画像の２値化によって、網点領域として表示され、点状のドットの密度に応じて、画像の濃淡が表現される。中間調を２値化する際に生じる誤差は累積され、各画素単独では閾値を超えない濃度であっても、近傍の画素の２値化による誤差の配分を受ければ、全体的には多階調性が反映される２値化を行うことができる。全体的に濃度が低い領域では、網点の密度も低くなり、濃度が高い領域では網点の密度も高くなる。誤差の影響の配分を規則的に行うと、形成される網点が一定のパターンを示してしまい、中間調の表示よりも特定のパターンを表示する領域として見られてしまうおそれが生じるので、そのような事態を避ける誤差の取り扱いとして、いわゆる誤差拡散法が知られている。
【０００３】
誤差拡散法は、ある画素の２値化時に生じる量子化誤差を、周辺の未だ２値化が行われていない画素に拡散して加える。この方法は、印刷画像の再現時において、モアレ模様が出にくいという点で優れている。しかしながら、濃度変化が少ない画像では、誤差拡散法特有の不要な模様（テクスチヤ）が出てしまうという欠点がある。また、従来の誤差拡散法では、低濃度領域での階調が取れず、画像の低濃度部の再現性が良くないという問題もある。これは、高濃度部でも同様のことが起こる。このような問題を改善する先行技術として、特開平３−１１２２６９号記載の「画像処理装置」では、注目画素近傍の複数画素の２値化結果を参照することによって、平均濃度値を推定し、その平均濃度値を閾値として注目画素についての２値化を行うようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平３−１１２２６９号公報に開示されている考え方では、注目画素についての多値画像データに、多くの近傍の画素についての２値化誤差を加え、さらにその合計値を２値化する際に用いる閾値を、近傍の画素についての２値化画像データに基づいて決定する必要がある。このため、２値化処理に時間がかかり、また処理を行うハードウエアが複雑化するという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、複雑なハードウエアを必要とせずに、迅速に誤差拡散法に基づく２値化を行うことができる画像処理装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多階調の画像データを、注目画素を順次設定しながら２値データに変換する画像処理装置において、
注目画素の画像データに、近傍画素の２値化処理に基づいて配分される誤差量を誤差拡散処理として加え、所定の２値化用閾値を基準として２値化処理する閾値処理手段と、
閾値処理手段による２値化処理の際に発生する２値化誤差を、０および所定の強調用閾値を基準として比較処理する誤差処理手段と、
誤差処理手段による比較結果に従って、２値化誤差が０より大きく、強調用閾値より小さいとき、２値化誤差を増大させて強調誤差を生成する誤差強調手段と、
誤差強調手段によって生成される強調誤差、また強調誤差が生成されないときには２値化誤差を、所定の重み付けに従って、注目画素の近傍で未だ２値化が行われていない画素に配分して、誤差拡散処理を行わせる誤差配分手段とを含むことを特徴とする画像処理装置である。
【０００７】
本発明に従えば、多階調の画像データを注目画素を順次設定しながら２値データに変換する画像処理装置は、閾値処理手段と、誤差処理手段と、誤差強調手段と、誤差配分手段とを含む。閾値処理手段は、注目画素の画像データに近傍画素の２値化処理に基づいて配分される誤差を誤差拡散処理として加え、所定の２値化用閾値を基準として２値化処理を行う。誤差処理手段は、閾値処理手段による２値化処理の際に発生する２値化誤差を０および所定の強調用閾値を基準として比較処理する。閾値処理手段および誤差処理手段は、所定の２値化用閾値および強調用閾値を基準として処理を行うので、閾値に対する演算処理などは不要であり、簡単な構成で処理を行うことができる。誤差強調手段は、誤差処理手段による比較結果に従って、２値化誤差が０より大きく、強調用閾値より小さいときに、２値化誤差を増大させて強調誤差を生成する。誤差配分手段は、強調誤差が生成されるときには強調誤差を、また強調誤差が生成されないときには２値化誤差を、所定の重み付けに従って注目画素の近傍で未だ２値化が行われていない画素に配分して誤差拡散処理を行わせる。強調用閾値よりも２値化用誤差が小さい場合に、２値化用誤差が強調されて強調誤差が生成されるので、誤差が小さい範囲、すなわち濃淡レベルが最も高いか最も低い値に近い範囲での２値化誤差が強調され、誤差拡散法特有の不要な模様を出さないで低濃度部や高濃度部での再現性を改善することができる。
【０００８】
また本発明で、前記誤差強調手段は、前記２値化誤差に対応するＥｒｒｏｒを、前記強調用閾値に対応する点（ｎ，ｎ）を通る直線を表す演算式Ｅｒｒｏｒ′＝ａ（Ｅｒｒｏｒ−ｎ）＋ｎ（ａは係数）に従って処理し、得られるＥｒｒｏｒ′として前記強調誤差を生成することを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、誤差強調手段が２値化誤差を、強調用閾値ｎに対応する点（ｎ，ｎ）を通る直線を表す演算式に従って処理して強調誤差を生成するので、誤差の強調の仕方を演算式の係数などで調整することが容易である。
【００１０】
また本発明で、前記誤差強調手段が前記強調誤差を生成する演算式の係数は、−２以上で１よりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、２値化誤差から強調用誤差に変換する際に用いる演算式は、１次式であり、２値化誤差が強調用閾値に等しいときに強調誤差も強調用閾値と等しくなるような直線で表され、直線の傾斜を示す係数が−２以上で１よりも小さいので、係数を負にすれば、２値化誤差が小さいほど強調誤差の値を相対的に大きくとることができる。
【００１２】
また本発明で、前記誤差強調手段は、前記２値化誤差を、所定のルックアップテーブルに従って前記強調誤差に置き換えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、誤差強調手段が２値化誤差を強調誤差に変換する際に、所定のルックアップテーブルに従うので、ルックアップテーブルを作成しておけば、簡単には演算式で表すことができないような方式での強調も可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態としての画像処理装置１００の概略的な構成を示す。画像処理装置１００は、たとえばファクシミリ装置やデジタル複写機で、画像の２値化処理を行う部分に相当する。画像処理装置１００には、閾値処理手段１０１、誤差処理手段としての誤差量閾値処理部１０２、誤差強調手段１０３および誤差配分手段１０４が含まれる。これら画像処理装置１００は、たとえばマイクロコンピュータやデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの汎用のハードウエアのプログラム処理や、専用の電子回路によるハードウエア処理などによって実現することができる。閾値処理手段１０１は、注目画素の画像データ、たとえば８ビットで表される多値データを、近傍の画素での２値化処理の際に発生する誤差分も含めて、所定の２値化用閾値に従って２値化処理を行う。閾値処理手段１０１での２値化の際に発生する誤差量は、誤差量閾値処理部１０２で所定の強調用閾値に従って処理される。誤差強調手段１０３は、誤差量閾値処理部１０２で処理された２値化誤差のデータに関して、強調用閾値よりも小さい範囲で誤差を強調して強調誤差を生成するように変換する。誤差配分手段１０４は、誤差強調手段１０３が強調誤差を生成するときには強調誤差、強調誤差を生成しないときには閾値処理部１０２によって２値化処理を行う際に発生する２値化誤差を、注目画素の近傍へ配分する。この画像処理装置１００は、多階調の画像データを、注目画素を順次設定しながら、画素拡散処理を施して２値化していく。
【００１５】
閾値処理手段１０１での多階調データの２値化処理では、多階調データをある一定の２値化用閾値と比較し、２値化用閾値より多階調データの値が大きいときは画素をオンとし、多階調データが２値化用閾値よりも小さいときには画素をオフとするように処理する。画素がオンとなれば、画像の出力の際にドットが打たれ、画素がオフとなればドットは打たれない。これによって、多階調データの中間調に対応するドット密度で２値化データによる中間調表示を行うことができる。閾値処理手段１０１での２値化の際の注目画素濃度と２値化後の注目画素濃度との差である２値化誤差は、誤差量閾値処理部１０２に誤差データとして転送される。
【００１６】
誤差量閾値処理部１０２では、２値化誤差を所定の強調用閾値に従って場合分けし、誤差強調手段１０３と誤差配分手段１０４とへそれぞれ転送する。ここで、画像データが８ビットの多階調で表されるので、２値化誤差を分割する所定の強調用閾値をｎ、２値化誤差データをＥｒｒｏｒとすると、強調用閾値ｎは１２８×（１／４）＝３２以下とすることが好ましい。また、２値化の際の２値化用閾値は１２８と設定するので、２値化誤差の絶対値は１２８未満となっている。
【００１７】
誤差量閾値処理部１０２では、強調用閾値ｎと２値化誤差Ｅｒｒｏｒとが比較され、次のような処理が行われる。
１）Ｅｒｒｏｒ＝０またはｎ≦Ｅｒｒｏｒ＜１２８の場合
２値化誤差のデータを誤差配分手段１０４へ転送する。
２）０＜Ｅｒｒｏｒ＜ｎの場合
２値化誤差のデータを誤差強調手段１０３へ転送する。
つまり、２値化誤差Ｅｒｒｏｒが０ではなく、しかも強調用閾値ｎ以下の場合のみ、誤差強調手段１０３に２値化誤差Ｅｒｒｏｒのデータが転送される。
【００１８】
図２は、誤差強調手段１０３で行われる誤差強調の考え方を示す。誤差強調手段１０３は、転送されてくる２値化誤差Ｅｒｒｏｒのデータに対して、変換を行い、強調誤差Ｅｒｒｏｒ′を生成する。変換は、図２において、２値化誤差Ｅｒｒｏｒが強調用閾値ｎに重なる領域に関して、強調用誤差Ｅｒｒｏｒ′が２値化誤差Ｅｒｒｏｒの値を所定の係数変換を行って置き換えて生成される。２値化用誤差Ｅｒｒｏｒの値を分割する所定の強調用閾値ｎ以上の領域では、変換前の２値化誤差Ｅｒｒｏｒと変換後の強調用誤差Ｅｒｒｏｒ′とは等しく、Ｅｒｒｏｒ′＝Ｅｒｒｏｒの関係を保って、誤差の変換処理は行われない。
【００１９】
まず２値化用誤差Ｅｒｒｏｒと強調用誤差Ｅｒｒｏｒ′との関係は、ある直線で定義される。傾きがａ（実数）であり、誤差を分割する強調用閾値ｎ上の点（ｎ，ｎ）を通る直線は、次の式１で表される。
Ｅｒｒｏｒ′＝ ａ（Ｅｒｒｏｒ−ｎ）＋ｎ …（１）
ここで、誤差の強調を行う際の直線の勾配の範囲としては、実数ａを次の式２に示す範囲に限定する。
−２ ≦ ａ ＜ １ …（２）
最終的には２値化誤差Ｅｒｒｏｒを強調する直線として、式２を満たす範囲内の直線群の中から、ある１本の直線を定義する。このような直線は、式１のような１次式で表され、２値化誤差Ｅｒｒｏｒを強調する直線が１つ定まると、強調用閾値ｎ以下では、２値化用誤差Ｅｒｒｏｒと強調用誤差Ｅｒｒｏｒ′との関係はその直線に従って求められる。
【００２０】
図３は、強調用閾値を３２、直線の傾きを−１とした場合の例を示す。強調用閾値ｎ＝３２以下の領域では、傾きが−１で点（０，６４）を通る直線が２値化誤差Ｅｒｒｏｒと強調用誤差Ｅｒｒｏｒ′との関係を定める。ただし、２値化用誤差が０のときには、強調用誤差への変換は行われない。２値化の際に誤差が発生しないので、誤差を拡散させる必要がないからである。２値化用誤差Ｅｒｒｏｒは０となる部分を除いて、値が小さい限られた範囲内で、このような直線を用いることによって強調される。最終的には、変換処理後の強調誤差Ｅｒｒｏｒ′のデータが誤差配分手段１０４に転送される。
【００２１】
図４は、誤差が転送される誤差配分手段１０４で、注目画素の近傍へ配分するためのマトリクス係数の重み付けの例を示す。図４に示す誤差拡散マトリクスは、一般的なものを示すけれども、マトリクスのサイズおよび重み付け量は、これに限定されず、必要に応じて適切なものを採用することができる。誤差配分手段１０４は、図４に示す誤差拡散マトリクスに従って、２値化される前の本来の画像データ、すなわちオリジナルデータに２値化誤差に対応する重み係数を乗算した値を加算する。２値化誤差となるのは誤差強調手段１０３による変換処理後の強調誤差Ｅｒｒｏｒ′も含めた誤差である。図２や図３に示すような２値化誤差Ｅｒｒｏｒの強調用閾値ｎよりも小さな領域での変換を行わない場合も含めて、誤差をＥｒｒｏｒ′（符号あり）とすると、図４において、
７／１６を表示している画素位置での濃度はその位置でのオリジナル画素濃度＋７／１６×Ｅｒｒｏｒ′
１／１６を表示している画素位置での濃度はその位置でのオリジナル画素濃度＋１／１６×Ｅｒｒｏｒ′
５／１６を表示している画素位置での濃度はその位置でのオリジナル画素濃度＋５／１６×Ｅｒｒｏｒ′
３／１６を表示している画素位置での濃度はその位置でのオリジナル画素濃度＋３／１６×Ｅｒｒｏｒ′
となる。
【００２２】
本実施形態での画像処理順序は、最上ラインの左側の画素から水平方向右へ移動し、同じ処理を順次１ラインずつ下に移して、最後に右下の画素の処理となる順序で行う。これらの処理を全ての画素について行い、２値化処理が完了する。
【００２３】
図５に示すように、たとえば左から右にかけて一定の傾きで濃度が上昇する多階調画像に対して、本実施形態による２値化処理を行うと、図６に示すような中間調画像が得られる。図７は、特開平３−１１２２６９での従来技術として紹介されているFloydおよびSteinbergが１９７５年のＳＩＤで発表した文献「R.FlOYD & L.STEINBERG，“AN ADAPTIVE ALGORITHM FOR SPATIAL GRAY SCALE”，SID 75 DIGEST，PP36〜37」などで開示されている誤差拡散法に従って変換される中間調画像を示す。図８は、中間調のための処理をしないでそのまま２値化した画像を示す。図６と図７とを比較すると、本実施形態の誤差拡散法を用いることによって、ハイライト部分１１０でのドットの分散性が向上し、立上り位置１２０での改善が見られる。
【００２４】
図９は、本発明の実施の他の形態の画像処理装置２００の概略的な構成を示す。本実施形態で図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態では、図１の実施形態の誤差強調手段１０３を、ルックアップテーブル（以下「ＬＵＴ」と略称する）２０１に置き換えている。誤差量閾値処理部１０２によって２値化誤差のデータによる場合分けがなされ、ＬＵＴ２０１に転送されるデータは、ＬＵＴ２０１を用いることによって強調誤差に変換される。
【００２５】
図１０は、ＬＵＴ２０１の一例を示す。ＬＵＴ２０１には、強調用閾値ｎに対してｎ−１個（ｎは３２以下）のデータが格納されており、入力される２値化誤差Ｅｒｒｏｒに対して出力値である強調誤差Ｅｒｒｏｒ′が１：１で対応付けられている。誤差量閾値処理部１０２から転送されてくる２値化誤差Ｅｒｒｏｒのデータは、ＬＵＴ２０１で任意の変換を行って、誤差配分手段１０４へ転送される。このＬＵＴ２０１を用いると、誤差強調のための変換を任意に設定することが可能になる。
【００２６】
図１１は、図１０に示すようなＬＵＴ２０１を用いる変換で、２値化誤差Ｅｒｒｏｒが強調誤差Ｅｒｒｏｒ′に変換される対応関係を示す。本実施形態でも、誤差をある値以下において強調することによって、低濃度部や高濃度部での中間調の再現性を図１の実施形態と同様に向上させることができ、ドットの分散性も改善することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、２値化の際に発生する２値化誤差が所定の強調用閾値よりも小さくなる場合に、２値化誤差を強調して画像の低濃度部や高濃度部における再現性を改善することができる。２値化処理や誤差強調処理では、所定の閾値を用いて処理を行うので、簡単な構成でかつ迅速な処理を行わせることができる。
【００２８】
また本発明によれば、強調用誤差を２値化誤差から直線を表す演算式を用いて算出することができるので、誤差強調手段の構成を簡素化し、処理を迅速化することができる。
【００２９】
また本発明によれば、誤差強調手段が強調誤差を生成するために用いる演算式が１次式であるので、簡単な演算処理で強調誤差を生成することができる。
【００３０】
また本発明によれば、誤差強調手段が２値化誤差から強調誤差を生成する際にルックアップテーブルを用いるので、２値化誤差と強調用誤差との対応関係を任意の直線として表示することができ、中間調表示を行う反転のドットの位置などのランダムな分布特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の画像処理装置１００の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の誤差強調手段１０３で変換される２値化誤差Ｅｒｒｏｒと強調誤差Ｅｒｒｏｒ′との関係を示すグラフである。
【図３】図２の変換領域での直線の傾きを−１とした場合の２値化誤差Ｅｒｒｏｒと強調誤差Ｅｒｒｏｒ′との関係を示すグラフである。
【図４】図１の誤差配分手段１０４で用いる誤差拡散マトリクスの例を示す図である。
【図５】中間調表示を行う対象となる画像の濃度変化を示す図である。
【図６】図５の画像を図１の実施形態に基づいて２値化処理した結果を示す図である。
【図７】図５の画像を、従来の誤差拡散法に従って２値化処理したときの結果を示す図である。
【図８】図５の画像を、誤差拡散法を用いないで２値化処理をしたときの画像を示す図である。
【図９】本発明の実施の他の形態の画像処理装置２００の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の画像処理装置で誤差を強調するために用いるＬＵＴ２０１の例を示す図表である。
【図１１】図１０のＬＵＴの内容に基づく２値化誤差Ｅｒｒｏｒと強調誤差Ｅｒｒｏｒ′との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１００，２００ 画像処理装置
１０１ 閾値処理手段
１０２ 誤差量閾値処理部
１０３ 誤差強調手段
１０４ 誤差配分手段
１１０ ハイライト部分
１２０ 立上り位置
２０１ ＬＵＴ

Claims (4)

1. 多階調の画像データを、注目画素を順次設定しながら２値データに変換する画像処理装置において、
   注目画素の画像データに、近傍画素の２値化処理に基づいて配分される誤差量を誤差拡散処理として加え、所定の２値化用閾値を基準として２値化処理する閾値処理手段と、
   閾値処理手段による２値化処理の際に発生する２値化誤差を、０および所定の強調用閾値を基準として比較処理する誤差処理手段と、
   誤差処理手段による比較結果に従って、２値化誤差が０より大きく、強調用閾値より小さいとき、２値化誤差を増大させて強調誤差を生成する誤差強調手段と、
   誤差強調手段によって生成される強調誤差、また強調誤差が生成されないときには２値化誤差を、所定の重み付けに従って、注目画素の近傍で未だ２値化が行われていない画素に配分して、誤差拡散処理を行わせる誤差配分手段とを含むことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記誤差強調手段は、前記２値化誤差に対応するＥｒｒｏｒを、前記強調用閾値に対応する点（ｎ，ｎ）を通る直線を表す演算式Ｅｒｒｏｒ′＝ａ（Ｅｒｒｏｒ−ｎ）＋ｎ（ａは係数）に従って処理し、得られるＥｒｒｏｒ′として前記強調誤差を生成することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記誤差強調手段が前記強調誤差を生成する演算式の係数は、−２以上で１よりも小さいことを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
4. 前記誤差強調手段は、前記２値化誤差を、所定のルックアップテーブルに従って前記強調誤差に置き換えることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。

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