JP3729679B2

JP3729679B2 - 閾値マトリクスの作成方法

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Publication number: JP3729679B2
Application number: JP14466699A
Authority: JP
Inventors: 浩浅井
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: JP2000341521A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、閾値マトリクスを用いた多階調画像のハーフトーン化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自然画像を印刷物などの形で再現する際には、各原色毎にハーフトーン化が行われる。ここで、「ハーフトーン化」とは、多階調画像を２値化することを意味する。印刷物のハーフトーン化には、網点やＦＭスクリーニング（周波数変調スクリーニング）などが用いられる。本明細書では、ハーフトーン化された画像を「ハーフトーン画像」と呼ぶ。また、ハーフトーン画像を構成する最小の記録点を「小ドット」または単に「ドット」と呼ぶ。なお、網点は、「ハーフトーンドット」とも呼ばれており、１つ以上の小ドットが集まったものである。
【０００３】
ハーフトーン画像を生成する際には、予め準備された閾値マトリクスから読み出された閾値と、多階調画像信号（入力画像信号）とを比較することによって、各画素位置にドットを生成するか否かを示す２値信号を生成する方法が一般的である。
【０００４】
閾値マトリクスを作成する方法としては、現在までに多数のものが提案されている。例えば、本出願人により開示された特開平１０−８４４７７号公報に記載されている方法では、画像濃度のムラがなるべく少なくなるように、閾値マトリクス内の閾値分布が工夫されている。
【０００５】
従来の方法では、閾値マトリクスを作成する際に、１画素領域の大きさ（「画素サイズ」と呼ぶ）とドットの大きさ（「ドットサイズ」と呼ぶ）とが一致していると仮定していた。しかし、実際には、画素サイズとドットサイズとは一致していないことの方が多い。図１は、画素サイズとドットサイズとの関係の例を示す説明図である。図１（Ａ）は、矩形形状の１画素領域を隙間無く塗りつぶせるような理想的なドットが形成される場合を示している。実際には、図１（Ｂ）や、図１（Ｃ）の例のように、１ドットが１画素領域よりも大きい場合が多い。また、ドットの濃度も理想的な塗りつぶし濃度に達しているとは限らず、ハーフトーン画像を画像記録媒体上に記録する画像出力装置（画像記録装置）の種類によっては、実際のドットの濃度が理想的な塗りつぶし濃度よりも低い場合がある。なお、図１（Ｂ），１（Ｃ）のような大きなドットにおいて、１画素領域をはみ出している部分は、「フリンジ」とも呼ばれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平１０−８４４７７号公報に記載されている方法では、図１（Ａ）のような理想的なドットが形成されるものと仮定して、２値信号を生成するための閾値マトリクスを作成していた。すなわち、従来の閾値マトリクスでは、１つの画素位置に形成されるドットが、近接する他の画素位置に与える影響が考慮されていなかった。従って、実際のドットの形状や濃度がこの理想状態から大きく外れた場合には、画像の濃度を正しく再現できない可能性があった。
【０００７】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、実際のドットの形状や濃度が理想状態から外れている場合にも、画像の濃度を正しく再現できるようにするための技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、注目画素を含む複数の画素で構成される所定の濃度計算領域を用いて、濃度計算領域内の各画素位置における小ドットの形成の有無が互いに異なる複数の濃度計算パターンを想定する。そして、各濃度計算パターンに関して、各画素位置の小ドットの現実的な形状と濃度とを考慮しつつ注目画素の実効的な濃度値を求める。また、閾値マトリクスと等しい大きさを有するマトリクス領域内の各画素に仮閾値を割り当てることによって仮閾値マトリクスを準備する。そして、複数の濃度計算パターンに対する注目画素の実効的な濃度値を用いて、仮閾値の順に従ってマトリクス領域内の各画素位置に小ドットが形成されてゆくと仮定したときの画像の濃度階調変化を算出する。この仮閾値による画像の濃度階調変化を用いて、入力画像信号とハーフトーン化後の出力画像の濃度階調との関係を示す出力階調特性がほぼ直線的になるように、仮閾値マトリクスから閾値マトリクスを決定する。
【０００９】
上記発明では、複数の濃度計算パターンに関して、小ドットの現実的な形状と濃度とを考慮しつつ注目画素の実効的な濃度値を求めておき、この複数の濃度計算パターンを利用して仮閾値に関する画像の濃度階調変化を算出するので、実際のドットの形状や濃度を反映した濃度階調変化を得ることができる。従って、このような仮閾値に関する濃度階調変化を用いて、出力階調特性がほぼ直線的となるように閾値マトリクスを決定すれば、実際のドットの形状や濃度が理想状態から外れている場合にも、画像の濃度を正しく再現できる閾値マトリクスが得られる。なお、仮閾値に関する濃度階調変化も出力階調特性と同様な入出力関係を示すものであり、「仮閾値に関する出力階調特性」と呼ぶことも可能である。
【００１０】
仮閾値マトリクスがＭ個（Ｍは整数）の仮閾値で構成され、また、閾値マトリクスがＮ個（ＮはＭ未満の整数）の閾値で構成されるようにしてもよい。このとき、仮閾値マトリクスのＭ個の仮閾値がＮ個の閾値に変換されることによって閾値マトリクスが作成される。このように、仮閾値を、より少ない個数の閾値に変換するようにすれば、出力階調特性がほぼ直線的となるように閾値マトリクスを容易に決定できる。
【００１１】
なお、仮閾値の個数Ｍは、閾値の個数Ｎの４倍以上であることが好ましい。こうすれば、出力階調特性における階調のジャンプ（「トーンジャンプ」と呼ばれる）が少ない閾値マトリクスを作成することが可能である。
【００１２】
なお、本発明は、閾値マトリクスの作成および装置、その閾値マトリクスを用いたハーフトーン画像の作成方法および装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の種々の態様で実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
Ａ．閾値マトリクス用の繰り返し単位領域：
本発明の実施例を説明する前に、ここではまず、閾値マトリクスと同じ大きさを有する繰り返し単位領域（「繰返しブロック」とも呼ぶ）について説明する。ここで、「繰り返し単位領域」とは、画像平面上にタイル状に繰り返し適用される領域を意味している。閾値マトリクスは、この繰り返し単位領域内の各画素位置に閾値が割り当てられたものである。ハーフトーン化を行う際には、繰返し単位領域内の閾値と多階調画像信号とを比較することによって、２値信号が形成される。
【００１４】
以下では、網点を用いたハーフトーン化に使用される閾値マトリクスの作成について説明するが、本発明は、ＦＭスクリーニングなどの網点方式以外のハーフトーン化技術のための閾値マトリクスの作成にも適用可能である。
【００１５】
網点のための繰返し単位領域を規定する方式としては、１つの網点が形成される１つの網点領域を１つの繰返し単位領域とする方式と、複数の網点領域を含むより大きな領域を１つの繰返し単位領域とする方式とがある。
【００１６】
図２は、１つの網点領域（「網点セル」とも呼ぶ）を１つの繰返し単位領域とする方式を示す説明図である。この方式では、各網点領域の４つの頂点が、画素の格子の頂点に一致する。従って、この網点領域をタイル状に繰返し適用することによって、全画像平面を覆うことができる。但し、この方式では、実現できる網線数（「スクリーン線数」とも呼ぶ）や網角度（「スクリーン角度」とも呼ぶ）がかなり限定されてしまうという問題がある。この理由は、各網点領域の４つの頂点が画素の格子の頂点に一致しなければならないからである。
【００１７】
図３は、複数の網点領域をふくむ広い領域を１つの繰返し単位領域とする方式を示す説明図である。この例では、４×４個の網点領域を含む領域が、１つの繰返し単位領域（「繰返しブロック」とも呼ぶ）として用いられている。このような複数の網点領域を含む繰返し単位領域は、一般に「スーパーセル」とも呼ばれている。スーパーセルの４つの頂点は画素の格子点に一致するが、各網点領域の４つの頂点は、必ずしも画素の格子点には一致していない。スーパーセル方式では、１つのスーパーセルを構成する網点領域の数に融通性があるので、いわゆる有理正接法において、網線数や網角度をより自由に実現することができる。ここで、有理正接法とは、網角度の正接（tan ）が有理数となるような網点の形成方法を言う。
【００１８】
以下の実施例では、スーパーセル方式の繰り返し単位領域を用いて閾値マトリクスを作成することとする。但し、１網点方式の繰り返し単位領域を用いることも可能である。
【００１９】
Ｂ．装置の構成と処理手順：
本実施例では、露光ビームを用いてハーフトーン画像を感光材上に記録するタイプの２値画像記録装置を用いて網点画像を記録する際に使用する閾値マトリクスを作成する。このような２値画像記録装置としては、例えば網フィルムを作成するための記録スキャナがある。
【００２０】
図４は、本発明の実施例で使用される閾値マトリクス作成装置の構成を示すブロック図である。この装置は、出力階調計算部１００と、吸収率テーブルメモリ１０２と、点灯順メモリ（仮閾値マトリクスメモリ）１０４と、出力階調特性メモリ１０６と、閾値マトリクスメモリ１０８と、階調補正部（閾値決定部）１１０とを有している。この閾値マトリクス作成装置は、パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータによって実現できる。すなわち、４つのメモリ１０２，１０４，１０６，１０８は、汎用コンピュータのＲＡＭ内に確保され、また、出力階調計算部１００と階調補正部１１０の機能は、コンピュータが所定のコンピュータプログラムを実行することによって実現される。これらの各部の機能については後述する。
【００２１】
図５は、実施例の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１では、画像記録装置におけるドット形状を規定する特性であるドット形状・濃度特性を準備する。例えば、露光ビームを用いて感光材を露光するタイプの画像記録装置におけるドット形状・濃度特性は、露光ビームの光量分布と感光材のγ特性（光量−濃度特性）とを含んでいる。感光材のγ特性は、感光材のメーカから供給されることが多く、通常は予め知られている。露光ビームの光量分布は、実際に露光ビームを用いて感光材上に形成された特定のパターンの形状と、感光材のγ特性とに基づいて推定することができる。
【００２２】
図６は、露光ビームの光量分布を決定する方法を示す説明図である。まず、図６の上方に示すような万線（一定ピッチの平行線）を表す２値画像データを準備し、この２値画像データに基づいて感光フィルムを露光すると、図６の下方に示すようなパターンがフィルム上に形成される。その後、このフィルムにおける吸収率の２次元的な分布が、以下のようにして測定される。
【００２３】
図７は、フィルムの吸収率測定の様子を示す説明図である。本実施例では、感光フィルムとして、露光された部分が黒化し、露光されない部分が透明になるポジタイプのフィルムを用いるものとする。フィルムの吸収率を測定する際には、フィルムの片側から入射光を照射して、透過光の光量を測定する。以下の（１）式、（２）式に示されているように、透過率Ｔは、透過光の光量を入射光の光量で除した値であり、また、吸収率Ｂは、１から透過率Ｔを減算した値である。
Ｔ＝［透過光の光量］／［入射光の光量］ …（１）
Ｂ＝１−Ｔ …（２）
【００２４】
露光ビームの２次元的な光量分布は、こうして測定された吸収率Ｂの２次元的な分布と、感光材のγ特性とに基づいて推定される。図８は、γ特性の一例を示すグラフである。γ特性は、光量Ｅ（通常はその対数ｌｏｇＥ）と濃度Ｄとの関係で与えられる。なお、濃度Ｄは、透過率Ｔと以下の（３）式で関係付けられている。
Ｔ＝１０^-D …（３）
【００２５】
従って、吸収率Ｂと濃度Ｄは、次の（４）式の関係を有している。
Ｂ＝１−１０^-D …（４）
【００２６】
従って、感光材のγ特性と、透過率Ｔ（または吸収率Ｂ）の２次元分布の測定結果から、フィルムが受けた光量Ｅの２次元分布を決定することができる。そして、フィルムが受けた光量Ｅの２次元分布と、記録時の露光タイミングとに基づいて、露光ビームの光量分布を推定することが可能である。この際、露光ビームの２次元的な光量分布の形状は、例えばガウス分布に従うものと仮定する。
【００２７】
このように、ドットで構成された特定のパターンの実際の形状や濃度から露光ビームの実際の光量分布を決定すれば、この実際の光量分布を使用することによって、後述するような種々のドット形成パターンにおける実際のパターン形状を正確に推定することが可能である。
【００２８】
図５のステップＳ２では、隣接する画素におけるドットの形状と濃度の影響を考慮して、各画素の実際の吸収率を与える吸収率テーブルを準備する。図９は、吸収率テーブルの作成方法を示す説明図である。図９（Ａ）に示すように、吸収率テーブルを作成する際には、注目画素を中心とする３×３画素の領域（吸収率計算パターン領域）が使用される。図９（Ｂ）は、吸収率計算パターンの一例を示している。ここで、白抜きの四角形はドットが形成されていない画素を示しており、塗りつぶされている四角形はドットが形成されている画素を示している。なお、吸収率計算パターンは、吸収率計算パターン領域内の９つの画素のオン／オフのすべての組み合わせについて作成される。従って、吸収率計算パターンの総数は、２の９乗個（５１２個）である。一般には、ｎ×ｎ画素領域の大きさを有する吸収率計算パターンの総数は、２の（ｎ×ｎ）乗個になる。
【００２９】
図９（Ｃ）は、露光ビームの光量分布と感光材のγ特性を考慮した実際の吸収率のシミュレーション結果を示している。吸収率のシミュレーションでは、図１０に示すように、露光ビームが一定速度で移動しながら露光信号に従ってオン／オフされるという条件下で、各位置の積算光量が算出される。なお、図１０の下部において実線で描かれた形状は露光ビームの静止時の光量分布を示しており、破線は積算光量分布を示している。
【００３０】
注目画素の実質的な吸収率を算出する際には、図９（Ｄ）に示すように、注目画素を１０×１０個の小区画に分割する。そして、各小区画の積算光量Ｅから、感光材のγ特性（図８）を参照して各小区画の濃度Ｄが決定される。この濃度Ｄから、前記（４）式に従って吸収率Ｂが算出される。そして、１０×１０個の小区画に関する吸収率の平均を取ることによって、注目画素の実効的な吸収率が決定される。
【００３１】
このような注目画素の実効的な吸収率は、５１２通りのすべての吸収率計算パターンに関して実行される。なお、露光ビームの光量分布と感光材のγ特性が知られていれば、各吸収率計算パターンにおける注目画素の実効的な吸収率は、上述したような計算（シミュレーション）によって決定することが可能である。
【００３２】
図５のステップＳ３では、繰返しブロック内の各網点セル毎に、画素の点灯順位を設定する。なお、「点灯」とは、画素位置にドットを形成することを意味する。例えば、光ビームで感光材を露光するタイプの画像記録装置では、光ビームをオンすることを「点灯」と呼び、インク滴を印刷媒体上に吐出することによってドットを形成するタイプの画像記録装置ではインク滴を吐出することを「点灯」と呼ぶ。「点灯順位」とは、ドットを形成する順番を意味する。但し、ここで設定される点灯順位は仮の閾値に相当するものであり、１つの網点セルにおける仮閾値の配列は、仮閾値マトリクスに相当する。最終的な閾値マトリクスは、後述するステップＳ４，Ｓ５の処理によって決定される。
【００３３】
図１１は、本実施例において使用する繰返しブロックＳＣを示す説明図である。この繰返しブロックＳＣは、５×５個の網点セルＨＣを含んでいる。ステップＳ３では、このような繰返しブロックＳＣ内の各網点セルＨＣ内の画素について、各網点セルＨＣ毎に独立した点灯順位（仮閾値）が設定される。図１２は、１つの網点セルＨＣの中の点灯順位の配列の一例を示す説明図である。網点セルＨＣ内の各画素には、その中心から周辺に向かって値が次第に増大していくように点灯順位が設定される。
【００３４】
図５のステップＳ４では、出力階調計算部１００が、点灯順データと吸収率テーブルから、仮閾値に関する出力階調特性を計算する。ここで、点灯順データが０から（Ｍ−１）までの範囲のＭ個の異なる点灯順位で構成されるものと仮定する。また、仮閾値に関する出力階調特性の計算時には、一定レベルの入力画像信号に応じて一様な濃度の画像が出力されると仮定する（このような画像は「平網」と呼ばれる）。そして、０番目からｉ番目の点灯順位までの（ｉ＋１）個の画素が点灯した状態の画像について、各画素の吸収率を、吸収率テーブルを用いて算出する。この際、各画素を注目画素とする３×３画素領域は、ステップＳ２で準備した５１２通りの吸収率計算パターンのいずれかに一致するはずである。そこで、各画素について、５１２通りの吸収率計算パターンの中の一致するものを検索し、そのときの注目画素の吸収率を吸収率テーブルメモリ１０２から参照することによって各画素の吸収率が得られる。
【００３５】
ｉ番目の点灯順位までの画素が点灯した出力画像の実効的な網％ＤＲ（網点面積率）は、以下のマーレイデービスの式に従って与えられる。

ここで、Ｄdotは網点濃度であり、Ｄbaseはベース面濃度、Ｄfillはベタ濃度、Ｂaveは画像の平均吸収率、Ｂbaseはベース面吸収率、Ｂfillはベタ吸収率である。なお、「ベース面」とは、ドットが記録されていない状態の画像記録媒体（本実施例では透光部）を意味する。また、「ベタ」とは、全画素にドットが形成された状態を意味する。
【００３６】
上記（５）式の右辺にある画像の平均吸収率Ｂave は、ｉ番目の点灯順位までの画素が点灯した状態における各画素の吸収率の平均値である。また、ベース面吸収率Ｂbaseは、ドットが全く記録されていない状態におけるフィルムの吸収率の測定値である。ベタ吸収率Ｂfillは、ベタ状態における吸収率の計算値（または測定値）を利用できる。従って、ｉ番目の点灯順位までの画素が点灯した状態において各画素の吸収率を決定すれば、上記（５）式から実効的な網％ＤＲを算出することが可能である。そして、パラメータｉを０から（Ｍ−１）まで順次変化させることによって、各点灯順位ｉに対する実効的な網％を得ることができる。
【００３７】
図１３は、こうして得られた仮閾値に関する出力階調特性を示すグラフである。図１３の横軸は点灯順データの値であり、縦軸は出力時の実効的な網％である。ここでは、点灯順データは０〜６５５３５までの６５５３６個の点灯順位で構成されていると仮定している。なお、横軸は、入力画像信号のレベルであると考えることができる。従って、この出力階調特性は、仮閾値マトリクスを用いたときの入出力特性を表すものである。
【００３８】
理想的な出力階調特性は、入力画像信号のレベル（％）と出力網％とが一致するような、傾きが４５度の直線的な関係を示す特性である。そこで、図５のステップＳ５では、階調補正部１１０が、点灯順データ（すなわち仮閾値マトリクス）と、仮閾値マトリクスに対する出力階調特性（図１３）とを用いて、ほぼ直線的な入出力特性を有するような閾値マトリクス（「階調補正済み閾値マトリクス」と呼ぶ）を作成する。
【００３９】
ここで、階調補正の方法を説明する前に、入力画像信号のレベルの範囲と、画像の濃度階調の数と、閾値マトリクスに含まれる閾値の範囲との関係について説明する。ハーフトーン画像を表す２値信号は、閾値Ｓｓを入力画像信号Ｉｍと比較した結果に応じて生成される。この２値信号のレベルは、次の通りである。
Ｓｓ＜Ｉｍの時：Ｈレベル（点灯）
Ｉｍ≦Ｓｓの時：Ｌレベル（非点灯）
【００４０】
入力画像信号Ｉｍのレベルが０〜（Ｎ−１）の範囲である場合には、閾値Ｓｓの範囲は０〜（Ｎ−２）に設定される。この理由は、画像の濃度階調として、Ｎ個の異なる階調を再現できるようにするためである。換言すれば、Ｎ階調を再現するための閾値マトリクスの値は、０〜（Ｎ−２）の範囲の値を有していることになる。このため、閾値マトリクスがＮ個の画素を含む場合に、例えば１つの閾値に関しては同一の値を２つの画素に割り当てることによって、閾値の範囲を０〜（Ｎ−２）の範囲に制限している。
【００４１】
図１４は、階調補正の方法を示す説明図である。階調補正済みの閾値マトリクスは、０〜（Ｎ−２）の範囲の閾値を有するＮ階調のマトリクスであると仮定する。この閾値マトリクスの階調数Ｎは、点灯順位の階調数Ｍよりも小さい値である。なお、図１４の例では、Ｎ＝２５６，Ｍ＝６５５３６である。階調補正の際には、最終的な閾値マトリクスに関する出力階調特性がほぼ直線的になるように、点灯順位が０〜（Ｎ−２）の範囲の閾値に変換される。
【００４２】
ｎ番目の閾値に変換されるべき点灯順位は、以下のようにして決定される。直線的な出力階調特性では、０〜（ｎ−１）の範囲の閾値の画素が点灯したときに、出力網％は｛（ｎ／２５５）×１００｝に等しくなるはずである。ここで、閾値マトリクスの階調数Ｎは２５５と仮定している。同様に、０〜ｎの範囲の閾値の画素が点灯したときには、出力網％が｛（ｎ＋１）／２５５｝（％）に等しくなるはずである。従って、図１４において、出力網％が｛（ｎ／２５５）＊１００｝〜｛（（ｎ＋１）／２５５）＊１００｝の範囲Ｒ（ｎ）は、ｎ番目の閾値を有する画素の点灯によって達成されるべきである。そこで、仮閾値マトリクス内において、範囲Ｒ（ｎ）の出力網％を与えるような点灯順位を有する画素には、すべて同一の閾値ｎが割り当てられる。
【００４３】
同様に、出力網％が｛（ｎ／２５５）＊１００｝〜｛（（ｎ＋１）／２５５）＊１００｝の範囲Ｒ（ｎ＋１）の出力網％を与えるような点灯順位を有する画素には、すべて同一の閾値（ｎ＋１）が割り当てられる
【００４４】
以上の説明からも理解できるように、各閾値が割り当てられる画素の数は、１つとは限らず、２以上の場合もあり、また、０の場合もある。このように、本実施例では、各閾値を割り当てる画素数を固定していないので、出力階調特性がほぼ直線的になるように閾値を割り当ててゆくことが可能である。
【００４５】
なお、階調補正後の閾値マトリクスの階調数Ｎは、点灯順データ（仮閾値マトリクス）の階調数Ｍよりも小さな値である。なお、Ｎの値をＭ／４以下の値に（すなわち、Ｍを４×Ｎ以上の値に）設定することのが好ましい。さらに、Ｎの値としては、Ｍを４のｋ乗（ｋは１以上の整数）分の１の値（Ｍ／４^k ）に設定することが特に好ましい。また、Ｎの値は、２５６以上に設定することが好ましい。
【００４６】
図１５ないし図１９は、階調補正後の閾値マトリクスの階調数Ｎを点灯順データの階調数Ｍの１／４に設定した場合の利点を示す説明図である。図１５は、２種類の点灯順データと、これらを単純に圧縮して得られた閾値マトリクスとを示している。図１５（Ａ−１）は、４×４画素で構成された同一の点灯順データが４つ配列されて構成された１６階調の点灯順データである。図１５（Ｂ−１）は、各画素に異なる点灯順位が割り当てられている６４階調の点灯順データである。図１５（Ａ−２），（Ｂ−２）は、これらの点灯順データを単純に１６階調に階調圧縮して得られた閾値マトリクスをそれぞれ示している。図１５（Ａ−２）に示す閾値マトリクスでは、４つの４×４画素領域がすべて同じ閾値配列を有している。一方、図１５（Ｂ−２）に示す閾値マトリクスでは、４つの４×４画素領域における閾値配列が互いに異なっている。ドット形状が理想的な場合（ドット形状と画素形状とが同一の場合）には、図１５（Ａ−２），（Ｂ−２）の閾値マトリクスのいずれを使用しても、階調が１つ上昇する毎に網点面積率が６．２５％（＝１００／１６）増加する。
【００４７】
図１６は、露光ビームの光量分布が縦長であるような画像記録装置において、図１５（Ａ−２）に示す閾値マトリクスを用いた場合の出力結果の一例を示している。図１６の下部には、入力階調（すなわち入力画像信号のレベル）が１〜１６になったときに記録されるパターンと、そのときの網点面積率とが示されている。例えば、入力階調が１のときの網％は、１２．５％である。これは、理想状態における網％の値（６．２５％）とはかなり異なる値である。この例から解るように、図１６の例ではいわゆるトーンジャンプ（階調の飛び）が発生している。
【００４８】
図１７は、図１５（Ａ−１）の点灯順データから階調補正を行うことによって得られた閾値マトリクスと、この閾値マトリクスを用いた出力結果の一例を示している。なお、階調補正は、上述のステップＳ５の手順に従って、なるべく直線的な出力階調特性を有するように行われている。この例では、入力階調が１，２，３のときの網％がいずれも１２．５％である。このように、図１５（Ａ−２）の閾値マトリクスを階調補正しても、トーンジャンプをあまり低下させることができない場合がある。この理由は、図１５（Ａ−２）の閾値マトリクスが、基本的に４×４マトリクスの繰り返しなので、１つの閾値を変更したときに８×８画素領域内における４つの値が同時に変更されてしまうからである。
【００４９】
図１８は、図１５（Ｂ−１）の点灯順データから階調補正を行うことによって得られた閾値マトリクスと、この閾値マトリクスを用いた出力結果の一例を示している。なお、この階調補正も、上述のステップＳ５の手順に従って行われている。図１６の下部には、入力階調（すなわち入力画像信号のレベル）が１〜１６になったときに記録されるパターンと、そのときの網点面積率とが示されている。
【００５０】
図１９は、図１６ないし図１８に示した３つの出力結果における網％増分の変化を示すグラフである。ここで、「網％増分」とは、入力階調値が１つ増加したときの網点面積率の増加分を意味している。このグラフから容易に理解できるように、６４階調の点灯順データから１６階調に階調補正されて得られた閾値マトリクス（図１８）は、１６階調の点灯順データから１６階調に階調補正されて得られた閾値マトリクス（図１７）に比べて、トーンジャンが少ないので、より滑らかに画像の濃度階調を再現することが可能である。
【００５１】
なお、上述した説明では、１つの点灯順データから１つの閾値マトリクスのみを作成していたが、画像記録装置で利用可能な出力階調特性が複数存在するときには、１つの点灯順データから複数種類の閾値マトリクスを作成することが可能である。上述の説明から理解できるように、画像記録装置の出力階調特性は、露光ビームの光量分布や感光材のγ特性などのように、出力画像のドットの形状と濃度に影響を与える種々のパラメータに依存する。ところで、出力画像のドットの形状と濃度に影響を与える種々のパラメータの組み合わせは無限では無く、実用的な組み合わせはそれほど多くない。そこで、これらのパラメータの実用的な組み合わせのそれぞれに関して上述した図５の手順を実行すれば、各出力階調特性に適した閾値マトリクスをそれぞれ作成することが可能である。
【００５２】
なお、ある画像記録装置に関して複数の出力階調特性が存在し、かつ、それらの特性が相互に近接している場合には、これらの複数の出力階調特性の平均的な特性から１つの閾値マトリクスを作成することも可能である。図２０は、２つの出力階調特性（一点鎖線と破線で示す）を平均した平均出力階調特性（太い実線で示す）と、この平均出力階調特性を用いた階調補正の方法を示す説明図である。階調補正の方法は図１４で説明したものと同じなので、ここではその説明を省略する。
【００５３】
図２１は、上述の実施例で作成された閾値マトリクスを用いてハーフトーン画像を記録する画像記録装置の構成を示すブロック図である。この画像記録装置は、ＣＰＵ３０と、メインメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ）３２と、フロッピディスク装置３４と、ＳＰＭメモリ３６と、副走査アドレスカウンタ３８と、主走査アドレスカウンタ４０と、比較器４２とを備えている。また、この画像記録装置は、ハーフトーン画像を光ビームで画像記録媒体上に記録するための図示しない露光装置も備えている。ＳＰＭメモリ３６は、閾値マトリクスを記憶するメモリである。フロッピディスク装置３４には、上述の実施例に従って作成された複数種類の閾値マトリクスが記憶されており、その中の１つが選択されてＳＰＭメモリ３６に転送される。
【００５４】
画像記録時に使用される閾値マトリクスは、画像記録装置で形成される出力画像のドットの形状と濃度に影響を与える種々のパラメータの組み合わせに応じて自動的に選択することも可能である。これらのパラメータの中で、露光ビームの光量分布などのように、各画像記録装置に固有のパラメータは、同一の画像記録装置を用いる限り常に同じ値が使用される。一方、感光材のγ特性は感光材毎に異なる。そこで、例えば画像記録装置のユーザが、図示しないディスプレイ装置上で感光材の種類を選択すると、これと他のパラメータとの組み合わせに応じた適切な閾値マトリクスをフロッピディスク装置３４から自動的に読み出して、ＳＰＭメモリ３６に格納することが可能である。このように閾値マトリクスを選択する機能は、メインメモリ３２に格納されたコンピュータプログラムをＣＰＵ３０が実行することによって実現できる。
【００５５】
副走査アドレスカウンタ３８には、副走査スタート信号Ｒｘと、副走査クロック信号Ｃｘとが入力されている。副走査スタート信号Ｒｘは、光ビームの副走査座標が初期位置にリセットされた時に１パルス発生する信号である。副走査クロック信号は、光ビームの副走査座標が更新されるたびに１パルス発生する信号である。副走査アドレスカウンタ３８は、これらの信号Ｒｘ，Ｃｘに応じて、繰り返し単位ブロック内における光ビームの副走査座標を生成し、これをＳＰＭメモリ３６に副走査アドレスとして供給する。主走査アドレスカウンタ４０も同様に、主走査スタート信号Ｒｙと主走査クロック信号Ｃｙとに応じて、繰り返し単位ブロック内における光ビームの主走査座標を生成し、これをＳＰＭメモリ３６に主走査アドレスとして供給する。これら２つのアドレスカウンタ３８，４０から与えられたアドレスに応じて、ＳＰＭメモリ３６内の閾値マトリクスから１つの閾値Ｓｓが読出されて、比較器４２に供給される。
【００５６】
比較器４２は、この閾値Ｓｓを入力画像信号Ｉｍと比較し、この比較結果に応じた２値化出力（露光信号、網点信号）を生成する。図示しない露光装置は、この２値化出力に応じて感光性の記録媒体（例えば感光フィルム）を光ビームで露光し、これによって記録媒体上に網点画像を形成する。このようにしてＹＭＣＫの各色版の網点画像を作成し、これらの網点画像をそれぞれの色のインクで刷り重ねることによって、多色印刷物を得ることができる。
【００５７】
以上説明したように、上記実施例によれば、実際のドットの形状や濃度を考慮して、出力階調特性がほぼ直線的になるように閾値マトリクスを作成しているので、画像の濃度を正しく再現できる閾値マトリクスを得ることが可能である。特に、仮閾値に対する出力階調特性をシミュレーションする際に、５１２個の吸収率計算パターンを予め準備しておき、各画素における吸収率をこの吸収率計算パターンを参照して決定しているので、仮閾値の順に画素を点灯させる際の各画素の実効的な吸収率を高速に求めることができる。この結果、仮閾値に対する出力階調特性のシミュレーションを高速に行うことが可能である。
【００５８】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５９】
（１）上記実施例では、３×３画素の領域を有するの吸収率計算パターンを使用していたが、吸収率計算パターンの領域としては、注目画素を含む複数の画素で構成されるような任意の形状の領域を使用することが可能である。例えば、各画素位置の小ドットの影響が、隣接画素のみでなく、さらにその隣の画素にまで及ぶときには、５×５画素の領域が使用される。なお、吸収率計算パターン領域の大きさや形状に係わらず、注目画素は吸収率計算パターンの領域の中央にあることが好ましい。
【００６０】
（２）上記実施例では、透光性の感光フィルム上にドットを記録する場合を例にしていたが、本発明は、透光性でない画像記録媒体（例えば印刷版用の感光材や印刷用紙）上にドットを記録する場合にも適用可能である。この場合には、「吸収率」を「濃度」と読み替えれば、上記実施例をほぼそのまま適用可能である。なお、本明細書において、「濃度」という用語は、上記（３）式で使用されている狭義の濃度Ｄに限らず、吸収率や透過率などのように、狭義の濃度Ｄと一義的な関係にある任意の値を意味するものとして使用されている。
【００６１】
印刷用紙上にインクを吐出して画像を記録するような画像出力装置に本発明を適用するような場合には、露光ビームの光量分布や感光材のγ特性を得ておく代わりに、インクにより形成されるドットの実際の形状や濃度（すなわち濃度分布）を測定したものがドット形状・濃度特性（図５のステップＳ１）として使用される。また、この場合には、複数の濃度計算パターンを実際に印刷用紙上に記録し、各濃度計算パターンにおける注目画素の実効的な濃度を測定しておけばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】画素サイズとドットサイズとの関係の例を示す説明図。
【図２】１網点方式のセルの例を示す説明図。
【図３】スーパーセルの例を示す説明図。
【図４】本発明の実施例で使用される閾値マトリクス作成装置の構成を示すブロック図。
【図５】実施例の処理手順を示すフローチャート。
【図６】露光ビームの光量分布を決定する方法を示す説明図。
【図７】フィルムの吸収率測定の様子を示す説明図。
【図８】感光材のγ特性の一例を示すグラフ。
【図９】実施例における吸収率テーブルの内容を示す説明図。
【図１０】吸収率のシミュレーション時における積算光量の算出方法を示す説明図。
【図１１】実施例において使用する繰返しブロックＳＣを示す説明図。
【図１２】１つの網点セルＨＣの中の点灯順位の配列の一例を示す説明図。
【図１３】仮閾値に対する出力階調特性を示すグラフ。
【図１４】階調補正の方法を示す説明図。
【図１５】２種類の点灯順データとこれらを単純に圧縮して得られた閾値マトリクスを示す説明図。
【図１６】図１５（Ａ−２）の閾値マトリクスを用いた出力結果の一例を示す説明図。
【図１７】図１５（Ａ−１）の点灯順データを階調補正して得られた閾値マトリクスとそれを用いたの出力結果を示す説明図。
【図１８】図１５（Ｂ−１）の点灯順データを階調補正して得られた閾値マトリクスとそれを用いた出力結果を示す説明図。
【図１９】階調補正後の閾値マトリクスの階調数Ｎを点灯順データの階調数Ｍの１／４に設定した場合の利点を示す説明図。
【図２０】２つの出力階調特性を平均した平均出力階調特性とそれを用いた階調補正の方法を示す説明図。
【図２１】ハーフトーン画像を記録する画像記録装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
３０…ＣＰＵ
３２…メインメモリ
３４…フロッピディスク装置
３６…ＳＰＭメモリ
３８…副走査アドレスカウンタ
４０…主走査アドレスカウンタ
４２…比較器
１００…出力階調計算部
１０２…吸収率テーブルメモリ
１０６…出力階調特性メモリ
１０８…マトリクスメモリ
１１０…階調補正部

Claims

多階調画像のハーフトーン化に用いる閾値マトリクスの作成方法であって、
（ａ）注目画素を含む複数の画素で構成される所定の濃度計算領域を用いて、前記濃度計算領域内の各画素位置における小ドットの形成の有無が互いに異なる複数の濃度計算パターンを想定し、各濃度計算パターンに関して、各画素位置の小ドットの現実的な形状と濃度とを考慮しつつ前記注目画素の実効的な濃度値を求める工程と、
（ｂ）閾値マトリクスと等しい大きさを有するマトリクス領域内の各画素に仮閾値を割り当てることによって仮閾値マトリクスを準備する工程と、
（ｃ）前記複数の濃度計算パターンに対する前記注目画素の実効的な濃度値を用いて、前記仮閾値の順に従って前記マトリクス領域内の各画素位置に小ドットが形成されてゆくと仮定したときの画像の濃度階調変化を算出する工程と、
（ｄ）前記仮閾値による前記画像の濃度階調変化を用いて、入力画像信号とハーフトーン化後の出力画像の濃度階調との関係を示す出力階調特性がほぼ直線的になるように、前記仮閾値マトリクスから閾値マトリクスを決定する工程と、
を備え、
前記仮閾値マトリクスは、Ｍ個（Ｍは整数）の仮閾値で構成されており、
前記閾値マトリクスは、Ｎ個（ＮはＭ未満の整数）の閾値で構成されており、
前記工程（ｄ）において、前記仮閾値マトリクスのＭ個の仮閾値がＮ個の閾値に変換されることを特徴とする閾値マトリクスの作成方法。
請求項１記載の方法であって、
前記仮閾値の個数Ｍは、前記閾値の個数Ｎの４倍以上である、方法。