JP3810826B2

JP3810826B2 - ハーフビット画素レンダリング方法およびハーフビット画素レンダリング装置

Info

Publication number: JP3810826B2
Application number: JP10861895A
Authority: JP
Inventors: イー．バントンマーティン; エム．チャリシスドナ
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2021-08-16
Also published as: US5539866A; JPH07322057A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は概して、ハーフビット化領域を含む２進画像の外形を改良するための方法と装置に関し、特に、ギザギザ部分のあるエッジや、湾曲したエッジを平滑化する（スムージングする）ことが望ましいとともにハーフビットが存在する第１の２進画像の領域を識別し、その領域を画素ごとのマルチビット表示に変換し、その領域の拡張（エンハンスメント又は向上）分解表示を生成することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数の文書とディスプレイフォーマットを処理するための情報システムは、顧客の要求に対し解決を付与するために種々の装置が相互に結合されているオープンシステムに急速に変わりつつある。かかるオープンシステムにおける重要な機能は電子文書が出力装置の範囲内で印刷可能なことである。装置独立性を達成するために、有効な画像拡張方法が要求される。このため、第１の出力装置に対して生成されるビットマップ、例えば、ハーフビットを含むビットマップが第２の出力装置によって適切に描画されるように変更されるラスタ変換技術は、オープンシステム技術の重要な形態となる。
【０００３】
ディジタル印刷技術によって描画されるビットマップ画像におけるひずみは、解像度の低いビットマップ、又は表示するためのアナログ画像の標本化周波数（サンプリングレート）が低いことによる結果である。過去において、ゼログラフィック（電子写真式）印刷システムの能力の限界、例えば、かかるシステムの変調伝達関数（ＭＴＦ）が低いことによって、許容レベルまでひずみを軽減していた。同時に、ひずみを軽減するために一般に用いられている方法として、ビットマップ画像の空間解像度を上げ、ハーフビット技術を使用することによって、解像度が低いと失われる細部を適切に描画していた。不都合なことに、改良画像形成及び現像プロセスを用いると、ゼログラフィック印刷システムは、高品質印刷出力を要求する人間に対して好ましからざるとされるような明瞭さを備えたハーフビット型画像とギザギザのある画像を描画する。このように、解像度の低い画像や文字フォントの合理的な描画を一度は可能にしたハーフビット技術は、種々のプリンタにわたってアナログ画像の最も微細な細部を正確に再生することに対し有害である。本発明では、第２の解像度を有する画像、即ち、第１の画像よりも大きな空間解像度を備えた２進画像、又は第１の解像度における画素ごとのマルチビット画像、を生成するように第１の解像度を有する２進入力画像を拡張するために画像処理を用いて装置独立型印刷を可能にすることによって、入力画像内のひずみは印刷中に軽減又は除去される。
【０００４】
これまで、以下の従来技術を含む種々の技法を用いて、解像度の拡張（向上）が図られてきた。
【０００５】
Bassetti他によるアメリカ特許第４、５４４、２６４号（１９８５年１０月１日発行）と、同第４、６２５、２２２号（１９８６年１１月２６日発行）では、レーザベースの静電複写印刷機で使用するのに適した拡張回路が示されている。
【０００６】
Yoknisのアメリカ特許第４、９３３、６８９号（１９９０年６月１２日発行）では、３つのパルス、即ち、中央のパルスと、それと分離された先端且つ終端の拡張パルス、を用いて緩やかなエッジ輪郭を生成するためにレーザ露光のドットマトリックスフォーマットの表示画像を拡張するための方法が述べられている。
【０００７】
Shimura 他によるアメリカ特許第５、２０６、７４１号（１９９３年４月２７日発行）では、印刷ユニットによって出力される画像データを処理するための画像処理装置が示されている。
【０００８】
Walsh 他によるアメリカ特許第４、４３７、１２２号（１９８４年３月１３日発行）では、解像度の低い画像を印刷用により高い解像度の画像に変換して、密度の増加と文字エッジのスムージングを同時に行なうための改良方法が教示されている。
【０００９】
Nakajima他によるアメリカ特許第４、８４１、３７５号（１９８９年６月２０日発行）では、所定の画素密度を有する画像データをプリンタのそれと一致する画素密度に変換してプリンタによる印刷を可能にする画像解像度変換装置が開示されている。
【００１０】
Tungによるアメリカ特許第４、８４７、６４１号（１９８９年６月１１日発行）と同第５、００５、１３９号（１９９１年４月２日発行）では、レーザビームプリンタのための印刷拡張（向上）回路が開示されている。
【００１１】
Mailloux他による日本特許出願公開第４−２２７５８４号（１９９２年８月１７日公開）では、もとは低い解像度で生成された２進画像データを高い解像度の代表的な２進画像データに変換可能にするための方法が開示されている。
【００１２】
「Mathematical Morphology in Image Processing 」（４３乃至９０頁、Edward R.Dougherty ed., Marcel Dekker 1992）では、最適２進ディジタル形態素フィルタのための有効な設計方法が記載されている。
【００１３】
「Optimal mean-absolute-error hit-or-miss filters: morphological representation and estimation of the binary conditional expectation」(Edward R. Dougherty他、Optical Engineering, Vol.32, No.4, April 1993 （８１５乃至８２７頁）では、最適２進修復フィルタの構築ブロックとしてヒットオアミスオペレータの使用が開示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハーフビット領域を含む２進画像の外観を改良することであり、特に、ギザギザ部分のあるエッジや、湾曲したエッジをスムージング（平滑化）するのが望ましいか、又はハーフビットが存在する第１の２進画像の領域を識別し、それら領域を画素ごとのマルチビット表示に変換し、第１の画像と同じ解像度を有する第２の画像、又は第１の画像よりも大きな解像度を有する第２の２進画像において、該領域の拡張された画素ごとのマルチビット表示を生成して、第２の画像の印刷により第１の２進画像の描画を改良可能にすることである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によって、電子印刷システムによって印刷される２進入力画像の解像度を増大させるための方法が提供され、２進入力画像の一部を走査線バッファメモリに記憶する工程と、２進入力画像内の中心画素を選択する工程と、中心画素と、該中心画素に隣接する複数の画素の２進状態を決定する工程と、中心画素と隣接画素の２進画素状態を定義済みテンプレートにおける対応付けられる画素状態と比較する工程と、中心画素及び隣接画素の状態と定義済みテンプレートとの間に一致が生じる時を検出する工程と、一致が検出されると、マルチビットディジタル信号を、一致によって識別される定義済みテンプレートに対応付けられる値として定義する工程と、マルチビットディジタル信号を電子印刷システムによる印刷に適した解像度拡張出力画素に変換する工程と、を有する。
【００１６】
本発明の別の形態によって、ハーフビット領域を含むとともに電子印刷システムによって印刷される２進入力画像の外観を改良するための方法が提供され、２進入力画像の一部を走査線バッファメモリに記憶する工程と、２進入力画像内のハーフビット画素の領域を識別する工程と、ハーフビット領域内の画素を表示するために複数のマルチビットディジタル信号を生成する工程と、各マルチビットディジタル信号を電子印刷システムによる印刷に適した解像度拡張出力画素に変換する工程と、を有する。
【００１７】
本発明のさらに別の形態によって、電子印刷システムによって印刷される２進入力画像の解像度を増大させる装置が提供され、２進入力画像の一部を記憶するための走査線バッファメモリと、２進入力画像の記憶部分上で動作するとともに、２進入力画像内の中心画素を選択するための目標画素選択手段と、中心画素と該中心画素に隣接する複数の画素の２進画素状態と、所定のテンプレートパターンとを比較することによって、中心画素の所望の出力密度を表示するマルチビットディジタル信号を決定するためのテンプレート突き合わせ手段と、マルチビットディジタル信号を、電子印刷システムによる印刷に適した少なくとも一つの出力画素に変換するためのビデオ信号生成器と、を有する。
【００１８】
【実施例】
ここで使用されている、ビデオ信号と画像信号という用語は、ディスプレイ、印刷、又は転送のため、ビットマップ画像内のピクセル（画素）を表わすのに使用されるあらゆる形式のディジタル信号を述べるためのものである。
【００１９】
図１は、図２に関連して、本発明を実行する際に使用される処理工程（ステップ）を示している。まず、ステップ２０では、２進画像ビットマップ５０は解像度の拡張のために識別される。画像は、多数のソースの１つから生成される２進画像であり、ハードコピー文書、コンピュータ生成文書等をディジタル化することを含む。入力された文書は以後、第１の解像度を有するものとして特徴付けられる。次に、入力文書の一部は、一連の走査線バッファ５２を含むメモリに記憶される（ステップ２２）。このステップは、検査用の入力画像データの一部を「ウィンドウ処理する」か、選択することと同じであり、ここで一連の連続する走査線のデータ、又は可能な部分的走査線は、複写されたり、又は走査線バッファに移動される。連続する走査線が走査線バッファ内に記憶されると、記憶された領域の中心又はその近くの目標画素は処理のために選択される（ステップ２４）。
【００２０】
中心の目標画素が選択されると、テンプレート一致（突き合わせ）用の特定集積回路（ＡＳＩＣ）５４のハードウェアは、中央の目標画素を表示するマルチビットディジタル信号を決定するために使用される。ＡＳＩＣ５４は後述されるテンプレート突き合わせ技法を使用することによって、走査線バッファ内で目標と近隣の画素の２進状態を分析してマルチビット信号を決定する。決定が行われると、マルチビット信号は、ビデオ信号生成器５６の動作を介してステップ２８で少なくとも１つの解像度拡張（向上）信号に変換される。記載されるように、ビデオ信号生成器によって生成される解像度拡張画素信号は、マルチビット又はグレースケール出力信号か、あるいは、複数の２進出力信号でもよい。変換が行われると、拡張画素信号は、次の出力に対する拡張画素信号を受信することと、一時的に記憶することの少なくとも一方に対し適切な、ディジタルプリンタ等の露光装置５８に送られる（ステップ３０）。一例として、かかる装置の一つは、パルス幅位置変調（ＰＷＰＭ）露光装置であってもよい。但し、別の代替実施例において、本発明をマルチカラー又はハイライトカラー印刷システム内に組み込んで、そこで生成される出力画像の表示（描画）を改良するようにしてもよい。かかる場合において、調停回路を用いることによって、拡張された解像度ブラック又はハイライトカラー出力画素から選択することもできる。ステップ３４、３６及び３８によって示されるように、画像のエッジの周囲の画像コンテキストの欠如に対し許容を与えて、走査線内の各画素、及び入力画像内の各走査線ごとに処理を繰り返すことによって、同じように全体の画像を処理することになる。
【００２１】
本発明の動作を概略説明する場合に、以下詳細に説明される種々の形態に注意が向けられる。例えば、走査線バッファの一実施例を示す図３を参照すると、図示の実施例では、一連の９本の走査線（Ｎ_-4、・・、Ｎ、・・、Ｎ₄）を利用し、各走査線は少なくとも９個の画素（Ｐ_-4、・・、Ｐ、・・、Ｐ₄）を記憶することができる。図示のように、参照番号６６で指示された中央（中心）目標画素Ｘは、「ウィンドウ」６８の中心から選択される。目標画素Ｘの２進状態、及びウィンドウ６８内の一つ以上の追加画素は、複数の均等サイズのテンプレートと比較され、その例は図６に示される。決定ステップ２６内に含まれるステップを更に説明する図４に示されるように、ウィンドウ６８内の個々の画素の２進状態はステップ８０で決定され、その後、ＡＳＩＣ５４を介して実行されるテンプレートの一つから要求される２進状態と比較される。
【００２２】
このような比較の例は図５と図６に示される。図５は、２進画像１０２の一部を示し、白と黒の両画素と、そこに重畳される９個の画素×９本の走査線から成るウィンドウ６８を有する。図５に示されるように、ウィンドウ６８は、既述のように走査線バッファ５２に記憶される画像１０２の一部を表示するためのものである。図６は、ウィンドウ６８内の２進画像信号と比較した場合に突き合わせとして識別されるテンプレート１０４の細部を示している。より詳細には、図６に示されるように、テンプレートは、突き合わせ用の黒画素（Ｂ）を要求する画素位置と、突き合わせ用の白画素（Ｗ）を要求する画素位置と、黒又は白が突き合わせ用に存在できる画素位置（ブランク）を含む。他の実施例では、限定された１１×１１テンプレートを９×９テンプレートの代わりに使用してもよい。このようなテンプレートの外形は図７に示され、代替形状は、走査レーザビームに並行且つ垂直な特徴の改良されたスムージング、即ち、ほぼ水平方向又は垂直方向の特徴（形状）を付与しながら、図６の９×９テンプレートと同数の要素を使用することが理解できる。
【００２３】
テンプレート１０４を画像１０２のウィンドウ化領域と比較することによって明らかであるように、Ｘで指示される画素位置に対して一致が存在する。従って、図４のステップ８４は、このような比較によって肯定応答を指示し、目標画素Ｘの意図された値又はグレースケール画像密度を表示するマルチビット信号を生成することになる（ステップ８８）。ステップ８２における比較動作の後に一致が見あたらないと、画像形成される全白又は全黒の画素を指示するマルチビット値は中央の画素が割当てられて、決定プロセスはステップ８６で継続し、別のテンプレートが走査線バッファ内の２進信号との比較のために選択されることになる。
【００２４】
好ましい実施例では、ＡＳＩＣがテンプレート比較工程を実施することによって、走査線バッファ内の２進画素状態と識別されたテンプレートとの同時比較が可能となり、その出力は目標画素の拡張値を表すマルチビット信号である。なお、ＡＳＩＣ５４の動作をその処理速度を向上させるように最適化することもできる。さらに、種々のテンプレートの共通性を活用することによって処理用のテンプレートをさらに有効にグループ化することもでき、この結果、速度が改良されるとともにＡＳＩＣの寸法を縮小することもできる。
【００２５】
一実施例では、２進ビットマップ画像内でハーフビット領域とギザギザ部分のある領域の少なくとも一方を識別するのに必要なテンプレート集合をテンプレート設計プロセスを用いて生成することもできる。このテンプレート設計プロセスでは、ハーフビット領域及びギザギザ部分のある領域を有する一連の入力文書がこのような領域の認識のためにテンプレートを生成させるようにトレーニング文書の集合に含まれることになる。好ましい実施例では、設計されたテンプレート集合は短エッジ及び長エッジ印刷装置に対して左右対称となり、これは、テンプレート集合が好ましくは、画像が短エッジ又は長エッジ指向出力プロセスにおいて描画されるかについては関係なく、入力ビットマップ画像において同様のパターンを認識するように設計されることを意味する。このため、テンプレートウィンドウ６８は、図３に示される四角形か、あるいは図７に示される変形ウィンドウであっても、対称ウィンドウであることが好ましい。
【００２６】
マルチビット又は拡張信号が決定されると、信号自体はグレースケール画素信号に等しく、グレースケール画像を印刷するのに適した印刷又はディスプレイ装置によって出力することもできる。代わりに、図１のステップ２８と図２のブロック５６によって表示されるように、拡張画素は入力２進画像よりも高い空間解像度を有する複数の画素に変換される。図８によって図式表示されるように、拡張されたマルチビット画像信号１１０はルックアップテーブル（ＬＵＴ）１１２に送られ、そこでは、ＬＵＴによって出力される画素値によって高い空間解像度画素の組み合わせの集合の一つが生成される（１１４ａ−１１４ｐ）。さらに、ＬＵＴ１１２は拡張プロセスのカストマイズを可能にするためにダウンロード可能なソフトウェアであってもよい。
【００２７】
上記プロセスをさらに示すために、図９乃至図１３が提供される。各図において、左端の表示は、２進画像ビットマップの一部、特に、黒画素（陰影部分）を示すためのものである。各図の中間部の表示は、本発明に従って２進入力画像の処理の結果として個々の画素に割当てられる種々のマルチビットの拡張信号レベルを示している。高い空間解像度で作動することの可能な２進プリンタで入力画像を正確に再生するために、左端の入力ビットマップの二倍の空間解像度を有するものとして示される右端のビットマップによって表示されるように、拡張画像信号は図８に示される２進画素集合の一つに変換されることになる。
【００２８】
同様に、図１４乃至図１７は、画素当たりのマルチビット又はグレースケールの実施例のプロセスをさらに示すために提供される。各図において、左端の表示は２進画像ビットマップの一部を示すためのものであり、ここで、黒画素は陰影部分として示される。各図の中間にある表示は本発明に従って２進入力画像を処理した結果として個々の画素に割り当てられる種々のマルチビットの拡張信号レベルを示す。最後に、図１４乃至図１７における右端の表示は、２進画像ビットマップと同じ空間解像度で出力媒体上に現れると、代表的なグレースケール又はマルチビット出力を描画する。かかる状況において、出力装置は、部分的に陰影のある（クロスハッチングされた）画素による右端画像の表示において示されるように、拡張信号のレベルに従って各画素を露光するために可変幅露光パルス又は可変露光振幅を生成することができる。さらに詳細には、マルチビット拡張出力に応答する可変露光を、種々の方法、即ち、パルス幅変調、振幅変調、又はパルス幅及び振幅の各変調の組み合わせ、によって実施することもできる。パルス幅又は振幅が変調された出力装置を駆動するために使用される出力信号は種々の方法によって生成することもでき、マルチビット出力の範囲を、２進出力状況に対する図８において示されるのと同様の方法で利用される特定の出力装置のそれと一致する範囲にさらに減少するために、ルックアップテーブルの使用を含むこともある。
【００２９】
要約すると、本発明は、ハーフビットの形式であることの多い画像パターンが存在する第１の２進画像内の領域を識別し、少なくともこれらの領域を画素当たりのマルチビット表示に変換して該領域に対して望ましい画像密度（濃度）を正確に表示し、さらに第２の２進画像の領域の拡張解像度表示を生成するとともに、第２の２進画像は第１の画像よりも大きな空間解像度を有し、第１の２進画像の描画の改良を可能にする方法及び装置である。あるいはまた、第２の高い解像度の２進出力を生成する代わりに、画素当たりのマルチビット表示を用いてパルス幅又は振幅の変調されたマーキング装置の出力を駆動することもできる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、ハーフビット領域を含む２進画像の外形を改良でき、特に、ギザギザ部分のあるエッジや、湾曲したエッジをスムージングするのが望ましいか、又はハーフビットが存在する第１の２進画像の領域を識別し、それら領域を画素ごとのマルチビット表示に変換し、第１の画像と同じ解像度を有する第２の画像、又は第１の画像よりも大きな解像度を有する第２の２進画像において、該領域の拡張された画素ごとのマルチビット表示を生成して、第２の画像の印刷による第１の２進画像の描画の改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一般的な動作を示すフローチャートである。
【図２】図１の動作を実行するために使用される実施例のハードウェア要素のブロック図である。
【図３】図２に示される走査線バッファの一部を示す図である。
【図４】図１のマルチビット信号決定工程に対応付けられる特定の工程を示す詳細なフローチャートである。
【図５】例示ビットマップ画像セグメントとその一部と一致するテンプレートを示す図である。
【図６】例示ビットマップ画像セグメントとその一部と一致するテンプレートを示す図である。
【図７】１１×１１の正方形のウィンドウの制限領域が使用される標本化ウィンドウの代替実施例である。
【図８】図１の変換工程に従って図２のビデオ信号生成器の動作を概略的に示す図である。
【図９】本発明に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示す図である。
【図１０】本発明に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示す図である。
【図１１】本発明に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示す図である。
【図１２】本発明に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示す図である。
【図１３】本発明に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示す図である。
【図１４】本発明の別の形態に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示し、右端部分は出力用紙上の効果を示す。
【図１５】本発明の別の形態に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示し、右端部分は出力用紙上の効果を示す。
【図１６】本発明の別の形態に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示し、右端部分は出力用紙上の効果を示す。
【図１７】本発明の別の形態に従って種々の処理段階における画像セクションの例を示し、右端部分は出力用紙上の効果を示す。

Claims

電子印刷システムによって印刷される２進入力画像の解像度を増大させる際にハーフビット画素を正確にレンダリングする方法であって、
２進入力画像の一部を走査線バッファメモリに記憶する工程と、
２進入力画像内の中心画素を選択する工程と、
中心画素と、該中心画素に隣接する複数の画素の２進状態を決定する工程と、
中心画素と隣接画素の２進画素状態を定義済みテンプレートにおける対応付けられる画素状態と比較する工程と、
ハーフビット中心画素の発生を識別するために、中心画素および隣接画素の状態と定義済みテンプレートとの間に一致が生じるときを検出する工程と、
一致が検出されると、マルチビットディジタル信号を、一致によって識別される定義済みテンプレートに一意に対応付けられる値として定義する工程と、
マルチビットディジタル信号を電子印刷システムによる印刷に適した解像度拡張出力画素に変換する工程と、
を有し、
前記解像度拡張出力画素は、前記電子印刷システムによって印刷される場合に、ハーフビット出力を生じない、
ハーフビット画素レンダリング方法。
電子印刷システムによって印刷される２進入力画像の解像度を増大させる際にハーフビット画素を正確にレンダリングする装置であって、
２進入力画像の一部を記憶するための走査線バッファメモリと、
記憶された前記２進入力画像の一部で動作し、２進入力画像内の中心画素を選択する目標画素選択手段と、
ハーフビット中心画素の発生を識別するために、中心画素と該中心画素に隣接する複数の画素の２進画素状態と、所定のテンプレートパターンと、を比較することによって、中心画素の所望の出力密度を示す一意のマルチビットディジタル信号を決定するテンプレート突合せ手段と、
マルチビットディジタル信号を、電子印刷システムによる印刷に適した少なくとも一つの出力画素に変換するビデオ信号生成器と、
を有し、
前記出力画素は、前記電子印刷システムによって印刷される場合に、ハーフビット出力を生じない、
ハーフビット画素レンダリング装置。