JP4311427B2

JP4311427B2 - 画像処理回路，階調変換方法及び印刷装置

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Publication number: JP4311427B2
Application number: JP2006252313A
Authority: JP
Inventors: 俊一郎森
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: US7898689B2; JP2008078722A; US20080252914A1

Description

本発明は、画像データ(階調データ群)の階調変換を行う画像処理回路及び階調変換方法と、印刷時に画像データの階調変換を行う印刷装置とに関する。

現在，市販されている一般的なプリンタは、プリンタ内のＣＰＵが印刷データを解釈することにより生成したＲＧＢデータ群(或いは、ホストから印刷データとして送信されてきたＲＧＢデータ群)から，印刷エンジンを動作させるためのデータを生成する処理が、画像処理回路により行われる装置として構成されているが、既存の画像処理回路は、いずれも、その内部で，階調数が減少してしまう処理が行われるものとなっている。

具体的には、カラーページプリンタ用の画像処理回路として、図６に示した構成の画像処理回路が知られているが、この画像処理回路内の階調変換回路５２は、図７に示したような内容の階調変換テーブル〔図８に示したような階調変換を行うための階調変換テーブル〕により、色変換回路５１からの８ビットのＺデータ(Ｚ＝Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ)を，８ビットのＺ′データに変換する回路となっている。なお、この画像処理回路内の色変換回路５１は、８ビットのＲ，Ｇ，Ｂデータを，８ビットのＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋデータに変換する回路である。また、二値化・スムージング処理回路５３は、階調変換回路５２からＺ′データを、各画素の描画幅として使用するＺ″データ(印刷エンジンを動作させるためのデータ)に変換する回路である。

このため(図８に示したような階調変換を行う必要上、階調変換テーブルに、出力として設定されない値があるため)、この画像処理回路は、階調変換回路５２による処理時に、階調数が減少してしまう回路となっている。

そして、図６に示したものとは具体的な構成が異なる他の画像処理回路も、この画像処理回路と同様に、階調数が減少する階調変換処理が行われる回路(例えば、特許文献１参照)となっている。

特開２００６−１９７３５９号公報

そこで、本発明の課題は、より高精度な階調変換が行える画像処理回路及び階調変換方法と、従来の装置よりも高品質な印刷が可能な印刷装置とを、提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の画像処理回路は、Ｎビットの各入力階調データにＭビットの中間階調データを対応づける階調変換テーブルを有し（Ｍ＞Ｎ）、当該階調変換テーブルを利用することにより、入力された各入力階調データをＭビットの中間階調データに変換して出力する入力階調変換回路と、前記入力階調変換回路から出力される各中間階調データを、Ｎビットの出力階調データに変換して出力する拡散階調変換回路であって、その値を２^Ｍ−Ｎで割った値であるＸと規定値ＳＦＴ（１＜＝ＳＦＴ＜＝２ ^Ｎ −１）との間に、標準条件式“ＳＦＴ／２≦［Ｘ］≦２^Ｎ−１−ＳＦＴ／２”（［］は、ガウス記号）が成立する各中間階調データについては、−ＳＦＴ／２からＳＦＴ／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄを求め、［Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５］を出力階調データとして出力し、前記Ｘと前記規定値ＳＦＴとの間に、ＳＦＴ／２＞［Ｘ］が成立する各中間階調データについては、−（２・［Ｘ］＋［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２から（２・［Ｘ］＋［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄ′を求め、前記Ｘと前記規定値ＳＦＴとの間に、ＳＦＴ／２＞２ ^Ｎ −１−［Ｘ］が成立する各中間階調データについては、−（２・（２ ^Ｎ −１−［Ｘ］）−［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２から（２・（２ ^Ｎ −１−［Ｘ］）−［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２までの範囲のＲｎｄ′を求め、［Ｘ＋Ｒｎｄ′＋０．５］を出力階調データとして出力する拡散階調変換回路とを備える。

すなわち、本発明の画像処理回路は、Ｎビットの入力階調データを，一旦，Ｍビットの中間階調データに変換した後、その中間階調データを、期待値がＸ(＝中間階調データの値／２^M-N)と一致するアルゴリズムにより、Ｎビットの出力階調データに変換する回路となっている。従って、本発明の画像処理回路は、階調変換処理により階調数が減少しない(入力階調データの階調数と出力階調データの階調数とが等しい)分、従来の画像処理回路よりも高精度な階調変換が行える回路となっていると言うことが出来る。

そして、本発明の階調変換方法は、本発明の画像処理回路と同様に、Ｎビットの入力階調データを，一旦，Ｍビットの中間階調データに変換した後、その中間階調データを、期待値がＸ(＝中間階調データの値／２^M-N)と一致するアルゴリズムにより、Ｎビットの出力階調データに変換するものとなっている。このため、本発明の階調変換方法を用いれば、従来よりも高精度な階調変換が行えることになる。

また、本発明の印刷装置は、本発明の画像処理回路を備え、当該画像処理回路を利用して印刷が行われる構成の装置となっている。従って、本発明の印刷装置は、従来の装置よりも高品質な印刷が可能な装置として機能することになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係る印刷装置１０の概要を説明する。

図１に示したように、本発明の一実施形態に係る印刷装置１０は、操作パネル１１とコントローラ１２と印刷エンジン１３とを備えた装置である。また、印刷装置１０は、本装置用のプリンタドライバがインストールされているＰＣ(パーソナルコンピュータ)と、パラレルケーブルやＬＡＮケーブルで接続されて使用される装置となっている。

この印刷装置１０が備える印刷エンジン１３は、用紙上にカラー或いはモノクロ印刷を行うユニットである。操作パネル１１は、ユーザとの間のインタフェース手段として、印刷装置１０の筐体上に設けられているユニットである。この操作パネル１１は、ＬＣＤ，複数個のＬＥＤ及び押しボタンスイッチ等で構成されたものとなっている。

コントローラ１２は、ＰＣから送信されてきたデータが指定している内容の処理(印刷を印刷エンジン１３に行わせる処理等)を行うユニットである。

そして、本実施形態に係る印刷装置１０は、コントローラ１２に実装されている画像処理回路２０の構成のみが，既存の印刷装置と異なっている装置(旧タイプの画像処理回路の代わりに、画像処理回路２０を実装した装置)となっている。

次に、図２乃至図６を用いて、本実施形態の印刷装置１０(コントローラ１２)に用いられている画像処理回路２０の構成及び動作を、説明する。

図２に示してあるように、画像処理回路２０は、色変換回路２１と階調変換回路２２も、と二値化・スムージング処理回路２３とを備えた回路である。

この画像処理回路２０内の色変換回路２１，二値化・スムージング処理回路２３は、それぞれ、図６に示した画像処理回路内の色変換回路５１，二値化・スムージング処理回路５３と同じ回路である。

階調変換回路２２は、階調変換回路５２と同様に、８ビットのＺデータ(Ｚ＝Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ)を，８ビットのＺ′データに変換する回路である。ただし、階調変換回路２２は、階調変換テーブルに記憶されているデータを，Ｚデータの変換結果として単純に出力する回路ではなく、８ビットのＺデータを，一旦，１６ビットのデータ(以下、中間階調データと表記する)に変換した後、その１６ビットの中間階調データを、８ビットのＺ′データに変換して出力する回路となっている。

具体的には、階調変換回路２２は、各Ｚデータについて、入力階調変換回路と拡散階調変換回路とが設けられている回路となっている。

階調変換回路２２内の各入力階調変換回路は、図３に示したような内容の階調変換テーブル(図７の階調変換テーブルよりも，高精度のデータ(ビット数が倍のデータ)を記憶した階調テーブル)により、８ビットのＺデータを，Ｚデータに関する１６ビットの中間階調データに変換する回路である。

階調変換回路２２内の各拡散階調変換回路は、対応する入力階調変換回路からの１６ビットの中間階調データに対して、図４に示した手順の処理を行う回路である。なお、図４及び以下の説明において、Ｘとは、入力階調変換回路からの１６ビットの中間階調データの値を２⁸で割った値のことである。

すなわち、拡散階調変換回路は、或る中間階調データが入力された際には、まず、“Ｘ＝０”が成立しているか否かを判断する(ステップＳ１０１)。そして、拡散階調変換回路は、“Ｘ＝０”が成立していた場合(ステップＳ１０１；ＹＥＳ)には、“０”を変換結果(Ｚ′データ)として出力(ステップＳ１０２)してから、入力された中間階調データに対する処理(図４の処理)を終了する。

また、“Ｘ＝０”が成立していなかった場合(ステップＳ１０１；ＮＯ)、拡散階調変換回路は、“Ｘ≧２５５”が成立しているか否かを判断する(ステップＳ１０３)。そして、拡散階調変換回路は、“Ｘ≧２５５”が成立していた場合(ステップＳ１０３；ＹＥＳ)には、“２５５”を変換結果として出力(ステップＳ１０４)してから、入力された中間階調データに対する処理を終了する。

また、拡散階調変換回路は、“Ｘ≧２５５”が成立していなかった場合(ステップＳ１０３；ＮＯ)には、“０＜Ｘ＜１ or ２５４＜Ｘ＜２５５”が成立しているか否かを判断する(ステップＳ１０５)。そして、拡散階調変換回路は、“０＜Ｘ＜１ or ２５４＜Ｘ＜２５５”が成立していた場合(ステップＳ１０５；ＹＥＳ)には、−０．５から０．５までの範囲の一様乱数Ｒｎｄを求め(ステップＳ１０６)、[Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５]([]は、ガウス記号)を変換結果として出力(ステップＳ１１２)してから、入力された中間階調データに対する処理を終了する。

拡散階調変換回路は、“０＜Ｘ＜１ or ２５４＜Ｘ＜２５５”が成立していなかった場合(ステップＳ１０５；ＮＯ)には、“[Ｘ]＜ＳＦＴ／２”が成立しているか否かを判断する(ステップＳ１０５)。なお、ＳＦＴとは、画像処理回路２０に予め設定される整数値(例えば“１５”)のことである。

“[Ｘ]＜ＳＦＴ／２”が成立していた場合(ステップＳ１０７；ＹＥＳ)、拡散階調変換回路は、−(２・[Ｘ]＋[Ｘ−[Ｘ]＋０．５])／２から(２・[Ｘ]＋[Ｘ−[Ｘ]＋０．５])／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄを求める(ステップＳ１０８)。そして、拡散階調変換回路は、[Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５]を変換結果として出力(ステップＳ１１２)してから、入力された中間階調データに対する処理を終了する。

一方、“[Ｘ]＜ＳＦＴ／２”が成立していなかった場合(ステップＳ１０７；ＹＥＳ)、拡散階調変換回路は、“２５５−[Ｘ]＜ＳＦＴ／２”が成立しているか否かを判断(ステップＳ１０９)し、“２５５−[Ｘ]＜ＳＦＴ／２”が成立していた場合(ステップＳ１０９；ＹＥＳ)には、−(２・(２５５−[Ｘ])−[Ｘ−[Ｘ]＋０．５])／２から(２・(２５５−[Ｘ])−[Ｘ−[Ｘ]＋０．５])／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄを求める(ステップＳ１１０)。その後、拡散階調変換回路は、[Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５]を変換結果として出力(ステップＳ１１２)してから、入力された中間階調データに対する処理を終了する。

そして、拡散階調変換回路は、“２５５−[Ｘ]＜ＳＦＴ／２”が成立していなかった場合(ステップＳ１０７；ＹＥＳ)には、−ＳＦＴ／２からＳＦＴ／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄを求め(ステップＳ１１１)、[Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５]を変換結果として出力(ステップＳ１１２)してから、入力された中間階調データに対する処理を終了する。

ここで、拡散階調変換回路の動作内容(図４の処理の意味)を、図５を用いてさらに具体的に説明しておくことにする。

まず、ＳＦＴとして，２ｋ＋１（奇数）が設定されている状況下、ステップＳ１１１の処理を行うべき中間階調データ(ＳＦＴ／２≦[Ｘ]＜２５５−ＳＦＴ／２が成立する中間階調データ)が入力された場合を、考える。

この場合、“Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５”の値は、図５(Ａ)に示してあるように、Ｘ−ｋからＸ＋ｋ＋１までの範囲の値となる。そして、ステップＳ１１１の処理で求められるＲｎｄは、一様乱数であるため、ステップＳ１１２の処理では、“[Ｘ]−ｋ”(＝[Ｘ−ｋ])が、(１−Ｘfrac)/(２ｋ＋１)(Ｘfracは、Ｘ−[Ｘ]；Ｘの小数部分)の確率で出力され、“[Ｘ]＋ｋ＋１”(＝[Ｘ＋ｋ＋１])が、Ｘfrac/(２ｋ＋１)の確率で出力され、“[Ｘ]−ｋ＋１”から“[Ｘ]＋ｋ”までの各整数値が、１/(２ｋ＋１)の確率で出力されることになる。

従って、この場合に、拡散階調変換回路が変換結果として出力するデータ(ステップＳ１１２の処理で出力されるデータ)の期待値は、以下に記すように、Ｘと一致することになる。

また、ＳＦＴとして，２ｋ（偶数）が設定されている状況下、ステップＳ１１１の処理を行うべき、Ｘfracが０．５以上となる中間階調データが入力された場合には、図５(Ｂ)に示してあるように、“Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５”の値は、Ｘ−ｋ＋０．５からＸ＋ｋ＋０．５までの範囲の値となる。そして、ステップＳ１１１の処理で求められるＲｎｄは、一様乱数であるため、ステップＳ１１２の処理では、“[Ｘ]−ｋ＋１”(＝[Ｘ−ｋ＋０．５])が、(１−Ｘfrac)/２ｋの確率で出力され、“[Ｘ]＋ｋ＋１”(＝[Ｘ＋ｋ＋０．５])が、(Ｘfrac−０．５)/２ｋの確率で出力され、“[Ｘ]−ｋ＋２”から“[Ｘ]＋ｋ−１”までの各整数値が、１/２ｋの確率が出力されることになる。

また、ＳＦＴとして，２ｋが設定されている状況下、ステップＳ１１１の処理を行うべき、Ｘfracが０．５未満となる中間階調データが入力された場合には、図５(Ｃ)に示してあるように、“Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５”の値は、Ｘ−ｋ＋０．５からＸ＋ｋ＋０．５までの範囲の値となる。そして、ステップＳ１１１の処理で求められるＲｎｄは、一様乱数であるため、ステップＳ１１２の処理では、“[Ｘ]−ｋ”(＝[Ｘ−ｋ＋０．５])が、(０．５−Ｘfrac)/２ｋの確率で出力され、“[Ｘ]＋ｋ”(＝[Ｘ＋ｋ＋０．５])が、(Ｘfrac＋０．５)/２ｋの確率で出力され、“[Ｘ]−ｋ＋１”から“[Ｘ]＋ｋ−１”までの各整数値が、１/２ｋの確率が出力されることになる。

従って、これらの場合に、拡散階調変換回路が変換結果として出力するデータの期待値(式は省略する。)も、Ｘと一致することになる。

このように、拡散階調変換回路が，ステップＳ１１１及びＳ１１２にて実行する処理は、ＳＦＴ／２≦[Ｘ]＜２５５−ＳＦＴ／２が成立する中間階調データに対して行われた場合、ＳＦＴの値に依らず、期待値がＸと一致するデータを変換結果として出力する処理となっている。

ただし、全ての中間階調データに対して，ステップＳ１１１及びＳ１１２の処理が行われるように、拡散階調変換回路を構成したのでは、[Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５]の値が、Ｚ′データとして出力不可能な値(負の値，或いは，２５６以上の値)なってしまう場合があることになる。このため、本実施形態に係る画像処理回路２０(階調変換回路２２)の拡散階調変換回路は、上記したように、[Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５]の値が負の値，或いは，２５６以上の値となってしまう中間階調データに対しては、[Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５]の値が，０〜２５５の範囲の値となるようにＲｎｄの発生範囲を狭める(ステップＳ１０６，Ｓ１０８，Ｓ１１０)回路として構成してあるのである。

以上、説明したように、本実施形態に係る印刷装置１０に実装されている画像処理回路２０は、８ビットの入力階調データを８ビットの出力階調データに変換するための処理として、“８ビットの入力階調データを，一旦，１６ビットの中間階調データに変換した後、その中間階調データを、期待値がＸ(＝中間階調データの値／２⁸)と一致するアルゴリズムにより、８ビットの出力階調データに変換する”といった手順の処理を行う回路となっている。このため、画像処理回路２０は、階調変換時に階調数が減少しない(入力階調データの階調数と出力階調データの階調数とが等しい)分、従来の画像処理回路よりも高精度な階調変換が行える回路として機能することになる。そして、本実施形態に係る印刷装置１０は、そのような画像処理回路２０によって、印刷エンジン１３に印刷を行わせるためのデータが生成される装置であるため、印刷装置１０をオフィス等に設置しておけば、他の印刷装置を設置しておいた場合よりも高品質な印刷結果が得られる環境を実現できることになる。

《変形形態》
上記した印刷装置１０，画像処理回路２０は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、画像処理回路２０を，入力階調データのビット数や中間階調データのビット数が上記した者とは異なる回路や、色変換回路２１や二値化・スムージング処理回路２３を備えない回路に変形することが出来る。また、画像処理回路２０を、[Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５]の値が負の値，或いは，２５６以上の値となってしまう中間階調データに対するＲｎｄの発生範囲を狭め方が上記したものとは異なる回路(例えば、−０．５〜０．５の範囲のＲｎｄを発生させる回路)に変形することも出来る。

また、上記した印刷装置１０は、いわゆるプリンタであったが、画像処理回路２０を用いてプリンタ以外の印刷装置(ファクシミリ、複合機等の印刷を行う装置)を製造しても良いことなどは、当然のことである。

実施形態に係る印刷装置の構成図。実施形態に係る画像処理回路の構成図。実施形態に係る画像処理回路内の入力階調変換回路が参照する階調変換テーブルの説明図。実施形態に係る画像処理回路内の拡散階調変換回路が実行する処理の流れ図。実施形態に係る画像処理回路内の拡散階調変換回路が実行する処理の意味を説明するための図。既存のカラーページプリンタに用いられている画像処理回路の構成図。既存の画像処理回路内に設けられている階調変換テーブルの説明図。既存の画像処理回路／階調変換テーブルにより行われる階調変換の説明図。

符号の説明

１０印刷装置、１１操作パネル、１２コントローラ
１３印刷エンジン、２０画像処理回路、２１，５１色変換回路
２２，５２階調変換回路、２３，５３二値化・スムージング処理回路

Claims

Ｎビットの各入力階調データにＭビットの中間階調データを対応づける階調変換テーブルを有し（Ｍ＞Ｎ）、当該階調変換テーブルを利用することにより、入力された各入力階調データをＭビットの中間階調データに変換して出力する入力階調変換回路と、
前記入力階調変換回路から出力される各中間階調データを、Ｎビットの出力階調データに変換して出力する拡散階調変換回路であって、その値を２^Ｍ−Ｎで割った値であるＸと規定値ＳＦＴ（１＜＝ＳＦＴ＜＝２ ^Ｎ −１）との間に、標準条件式“ＳＦＴ／２≦［Ｘ］≦２^Ｎ−１−ＳＦＴ／２”（［］は、ガウス記号）が成立する各中間階調データについては、−ＳＦＴ／２からＳＦＴ／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄを求め、［Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５］を出力階調データとして出力し、前記Ｘと前記規定値ＳＦＴとの間に、ＳＦＴ／２＞［Ｘ］が成立する各中間階調データについては、−（２・［Ｘ］＋［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２から（２・［Ｘ］＋［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄ′を求め、前記Ｘと前記規定値ＳＦＴとの間に、ＳＦＴ／２＞２ ^Ｎ −１−［Ｘ］が成立する各中間階調データについては、−（２・（２ ^Ｎ −１−［Ｘ］）−［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２から（２・（２ ^Ｎ −１−［Ｘ］）−［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２までの範囲のＲｎｄ′を求め、［Ｘ＋Ｒｎｄ′＋０．５］を出力階調データとして出力する拡散階調変換回路と
を備えることを特徴とする画像処理回路。
Ｎビットの各入力階調データにＭビットの中間階調データを対応づける階調変換テーブルを利用することにより（Ｍ＞Ｎ）、入力された各入力階調データをＭビットの中間階調データに変換して出力する入力階調変換ステップと、
前記入力階調変換ステップの処理により出力された各中間階調データを、Ｎビットの出力階調データに変換して出力する拡散階調変換ステップであって、その値を２^Ｍ−Ｎで割った値であるＸと規定値ＳＦＴ（１＜＝ＳＦＴ＜＝２ ^Ｎ −１）との間に、標準条件式“ＳＦＴ／２≦［Ｘ］≦２^Ｎ−１−ＳＦＴ／２”が成立する各中間階調データについては、−ＳＦＴ／２からＳＦＴ／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄを求め、［Ｘ＋Ｒｎｄ＋０．５］を出力階調データとして出力し、前記Ｘと前記規定値ＳＦＴとの間に、ＳＦＴ／２＞［Ｘ］が成立する各中間階調データについては、−（２・［Ｘ］＋［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２から（２・［Ｘ］＋［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２までの範囲の一様乱数Ｒｎｄ′を求め、前記Ｘと前記規定値ＳＦＴとの間に、ＳＦＴ／２＞２ ^Ｎ −１−［Ｘ］が成立する各中間階調データについては、−（２・（２ ^Ｎ −１−［Ｘ］）−［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２から（２・（２ ^Ｎ −１−［Ｘ］）−［Ｘ−［Ｘ］＋０．５］）／２までの範囲のＲｎｄ′を求め、［Ｘ＋Ｒｎｄ′＋０．５］を出力階調データとして出力する拡散階調変換ステップと
を含むことを特徴とする階調変換方法。
請求項１記載の画像処理回路と、
用紙上に印刷を行うための印刷エンジンと、
前記印刷エンジンに印刷を行わせる必要が生じたときに、前記画像処理回路を動作させ，その結果として前記画像処理回路が出力するデータを利用して前記印刷エンジンに印刷を行わせる制御回路と
を備えることを特徴とする印刷装置。