JP4421483B2 - マルチカラーのクラスタ化されたドット・オフ・ドットのハーフトーン化方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、デジタルハーフトーン化方法に関し、より具体的には、多数の着色剤に対処するドット・オフ・ドットハーフトーン化方法に関する。

コントーンプリンタは、ディザリング又はハーフトーン化、及び異なるレベルの強さでの印刷の組み合わせを用いて、異なる色、及び、異なる明るさ及び暗さの影を生成する。コントーンプリンタは、ほんのわずかな異なるレベルの強さ（通常は、２つのインクだけ、又はインクなし）で、インクを置くことができる。人間の目で知覚できる完全な色の範囲を生成するためには、コントーンプリンタは、さらに、ディザリング技術を用いなければならない。ディザリング又はハーフトーン化は、ブラック及びホワイトのドットのパターンを変化させることにより、新しい色及び影の錯覚を生成する。

或る面積におけるコントーンピクセルアレイの各々のピクセル値は、ハーフトーンマトリクス又はハーフトーンセルとして、反復的なパターンで格納された、予め選択されたしきい値の組の１つと比較される。多数の異なるしきい値パターンを用いて、ハーフトーンセル又はドットを描くことができる。これらのしきい値パターンは、ピクセルがホワイトからブラックに切り換えられて、異なるグレイ密度のドットが形成された順序を示す。典型的には、しきい値パターンは、分散ドットであるか又はクラスタドットとして分類することができる。

色のハーフトーン化は、典型的には、ハーフトーンスクリーンが回転されたドット・オン・ドット法を用いていた。各々のインクカラーに対するスクリーンパターンは、モアレを最小にするように選択された、他とは異なる角度で回転される。両立性のあるハーフトーンスクリーンパターン、周波数、及び角度を見出すのに、多くの労力が費やされている。ドット・オン・ドット法は、１つの色を別の色の上に印刷することにより、異なる色を得る。代替的手法は、ドット・オフ・ドットのハーフトーンである。ドット・オフ・ドット印刷は、ドットを並列関係で置くことにより、異なる色を生成する。ドット・オフ・ドット法は、単一の基本的なハーフトーン構造を用い、したがって、両立性のあるスクリーンの組を見出す際の問題を排除する。これらはまた、典型的には、望ましい、より大きな色全域を生成する。しかしながら、１つの問題は、ドット・オフ・ドット手法は、プリンタの位置合わせに敏感であることである。別の問題は、２つより多いインクがある場合に、望ましいクラスタ化されたドットスクリーンパターンを生成する方法である。

ドット・オフ・ドット法が実用的な印刷技術がある。インクジェットマーカは、優れた位置合わせを有することができ、分散ドットパターンを支持することができる。３段階ゼログラフィを用いるハイライト印刷は、完璧な位置合わせを有し、２つのインクしか用いない。しかしながら、他の技術は、ドット・オフ・ドットは、プリンタの位置合わせが、より良好なフィードバック／制御法により、及び／又は、電子的位置合わせにより改善される、将来の選択肢であると見出すであろう。マーキング技術がドット・オフ・ドット手法を支持するとしても、依然として、３つ、４つ、又はそれ以上の着色剤により用いることができるハーフトーンパターンをどのように設計するかについての疑問がある。各々の着色剤は、セル面積をクラスタ化されたドットとして覆うように成長できなくてはならず、さらに、重なりは最小でなくてはならない（分離を最大にする）。

マルチカラーのハーフトーン化画像を印刷する際には、最大の色全域を与えるために、色の間に最小の重なりをもってハーフトーンドットを構成することが望ましい。さらに、着色されたドットを出来るだけ分離させて、位置ずれの影響を最小にすることが望ましい。単一のハーフトーン成長パターンを用いることは、ドットの重なりを避けること、及び如何なるモアレ効果も排除することの両方のために必要である。幾つかの印刷技術は、良好に定められた小型のクラスタ化されたドットと、２つより多い色が用いられる場合に、クラスタ化されたドットの目標を達成する方法とを必要とする。

本発明の方法は、任意の数の色に対して、重なりが最小であるクラスタ化されたドットを生成するドット・オフ・ドットのハーフトーン化を与える。この方法は、着色剤の仕様の動的なバイアシング及び制限を用いて、異なる色を、ハーフトーン充填曲線の異なる部分に指定する。ヒルベルト状曲線のような空間充填曲線を充填に用いて、バイアスに関係なくクラスタ化されたドットを生成し、充填シーケンスにおいて領域を分離させ、さらに、空間的にも分離させるようにすることができる。

本発明の一態様によりマルチカラーのクラスタ化されたドット・オフ・ドットのハーフトーンスクリーンを形成する方法は、第１の色のピクセルに対する濃度範囲値を定義して、これらの濃度値をピクセル成長曲線に沿った位置に指定することと、第２の色のピクセルに対する濃度範囲値を定義して、これらの濃度値を該ピクセル成長曲線に沿った位置に指定することと、複数の連続して充填されたピクセルが、該曲線に沿ってクラスタを形成し、該曲線に沿って広く離れたピクセルが、さらに、ハーフトーンセル内でも広く離れるように該ピクセル成長曲線を定義することを含む。この方法は、さらに、第３の色のピクセルに対する濃度範囲値を定義して、これらの濃度値をピクセル成長曲線に沿った位置に指定することと、第４の色のピクセルに対する濃度範囲値を定義して、これらの濃度値を該ピクセル成長曲線に沿った位置に指定することを含むことができる。

種々の色を、ピクセル成長曲線に沿った逐次的な充填順序で置くことができる。例えば、第２の色のピクセルは、第１の色のピクセルの後に続くことができる（第３及び第４の色に対しても同様に）。或いは、第１の色のピクセルを曲線に沿った充填方向に置き、第２の色のピクセルを、該第１の色のピクセルの充填方向とは逆のピクセル成長曲線に沿った充填順序で置くことができる。さらに、第１の色の１つ又はそれ以上のピクセルを、第２の色の１つ又はそれ以上のピクセルと一緒に並べることが適当とすることができる。

複数の連続して充填されたピクセルが、曲線に沿ってクラスタを形成し、該曲線に沿って広く離れたピクセルが、さらに、ハーフトーンセル内でも広く離れるという要求を満たす種々の空間充填曲線を用いることができる。例えば、ヒルベルト曲線を用いることができる。ヒルベルト曲線は、方形のグリッドにおけるすべての点を訪れる空間充填曲線である。ヒルベルト曲線の基本的な要素は、「カップ」（１つの側部が開放している方形）及び接合部である（２つのカップを接合するベクトル）。カップの開放側部は、上部か、底部か、左か、又は右に配置することができる。さらに、すべてのカップは２つの端点を有し、これらの各々は、入口点にもなるし、出口点にもなる。

この方法の別の態様によれば、所定の上方及び下方の濃度しきい値に基づいて、ピクセルを、ピクセル成長曲線に沿って加えかつ除去して、知覚されたハーフトーン濃度パターンの濃度が改変されるように濃度範囲値を定義することができる。ハーフトーンスクリーンは、さらに、複数のハーフトーンセルで構成することができ、ハーフトーンセルがタイルのように並べられた場合に、一方のハーフトーンセルにおける一方の曲線の終わりの部分が、隣接するセルにおける曲線の始まり部分に連結するようにピクセル成長曲線が定義される。

各々がピクセル濃度値を有する入力画像信号をバイナリ画像信号に変換する方法は、本発明の一態様によれば、第１の色のピクセルに対する濃度範囲値を定義して、これらの濃度値をピクセル成長曲線に沿った位置に指定することと、第２の色のピクセルに対する濃度範囲値を定義して、これらの濃度値を該ピクセル成長曲線に沿った位置に指定することと、複数の連続して充填されたピクセルが、該曲線に沿ってクラスタを形成し、該曲線に沿って広く離れたピクセルが、さらに、ハーフトーンセル内でも広く離れるように該ピクセル成長曲線を定義することにより、マルチカラーのクラスタ化されたドット・オフ・ドットのハーフトーンセルを形成することと、各々の入力画像信号を、各々が該ハーフトーンセルにおける位置と関連された一組のしきい値を有する該ハーフトーンセルにおける相対位置と関連させることと、該ハーフトーンセルにおける各々のしきい値の相対位置に基づいて、しきい値を各々の入力画像信号に指定することを含む。

クラスタ化されたドットの成長パターンは、多くの場合、螺旋形状である。ドットがセルの大きさの半分に成長するまで、ピクセルが螺旋様式で加えられる。次いで、ドットは、第２の螺旋を辿って、セルの残りの部分を充填する。図１は、クラスタドットにおける典型的な螺旋状の成長パターンを示す。米国特許番号第４，９０３，０４８号（２つの異なる着色剤／トナーだけを用いたシミュレートされた色の画像形成）は、第２のインクに対しては、第１のインクの成長パターンを逆にすることにより、３段階のハイライト色に対するクラスタ化されたドット・オフ・ドットのハーフトーンが、どのように形成できるかを述べている。したがって、第２のインクは、第１のインクの成長パターンにより残された穴において成長し始める。一方のインクは一端から成長し、第２のインクは他端から成長し、したがって、重なりが最小になる。しかしながら、この成長パターンは、２つの端しかもたないため、この手法は、付加的なインクに対しては一般化されない。図２は、第２のインクに対する逆の成長を示す。

米国特許番号第５，４９３，３２３号（ハーフトーンドットの重なりが最小である多数の分離を有する色画像）は、分離間の重なりを最小にする方法により、単一のハーフトーンスクリーンを用いて、多数の色を、充填順序に沿って逐次的に画像形成することができるハーフトーン機構を述べている。例えば、第１のピクセルをブラックに充填するように指定することができる。充填は、次いで、マゼンタのピクセル、次いで、シアンについて進めることができる。このことは、インクの単一層がセルを充填し、幾らかのインクの重なりが必ず生じる場合には特別な取り扱いをもって、前に画像形成された着色剤の量で着色剤値をバイアシングすることにより行うことができる。図３は、種々の色による逐次的な充填を示す。

しかしながら、この技術は、位置合わせ問題に敏感である。この方法はインクの重なりを最小にするが、良好に定められたクラスタ化されたドットをもたらすものは何もない（第１の充填色以外は）。幾つかの色を、同じ充填曲線に沿って反対方向に成長させるのを可能にすることは、２つの良好に定められたクラスタを生成するように用いることはできるが（丁度、３段階のハーフトーンの場合におけるように）、これ以上はできない。さらに、種々の色をセル内で分離されたままにしておくものは、充填順序を分散すること以外には何もなく、このことは、ドットのクラスタ化を無効にする。この方法は、ドットクラスタを必要としないインクジェットのような技術には適切に働くが、ドットクラスタリングから利益を得るゼログラフィのような技術に対しては、良好に働かない。

米国特許番号第５，５９８，２０４号（付加的なグラデーションを生成することができる画像ハーフトーン化システム）は、充填順序で、着色されたピクセルをハーフトーンセルに加えるのを可能にすることにより付加的なハーフトーンレベルを生成するが、さらに、ピクセルをセルから除去することも可能にする（やはり充填順序で）方法について述べている。このことは、実効上、着色される必要があるｎ個のピクセルを、充填曲線に沿って滑らせるのを可能にする。図４は、充填されたピクセルを、充填曲線に沿って滑らせている状態を示す。この技術を、色の逐次的な充填技術と組み合わせて、色を充填曲線に沿って拡げるようにすることができる。したがって、伸ばして拡げられた充填曲線の１つの寸法に沿って色を最大に分離することができる（図５を参照されたい）。しかし、このことだけでは、２次元のハーフトーンセルにおいて分離をもたらすことはできない。

マルチカラーのドット・オフ・ドットのハーフトーン化をもたらすためには、ピクセルのシーケンスが充填曲線に沿ったどの場所からであっても関係なく、連続して充填されたピクセルがクラスタを形成する特性をもつ充填曲線が選択される。ヒルベルト曲線のような空間充填曲線は、これらの特性を有する。セルが大きければ大きいほど、これらの特性がより明らかになる。図６は、空間充填曲線に沿った３色の分布を示す（矢印により示される）。第１の色（典型的にはブラック）に対するしきい値は、曲線の入口点で充填される。これらの後には、４つの着色されていないピクセルが続く。次いで、第２の色に対するしきい値が充填される（例えば、シアン）。これらの後には、３つの着色されていないピクセルが続く。次いで、第３の色（例えば、マゼンタ）に対するしきい値が曲線に沿って充填される。充填曲線は、ハーフトーンセルが、ずらされた煉瓦パターンで、ページにわたりタイルのように並べられた場合に、一方の曲線の終わりの部分が上のセルの曲線の始まり部分と連結し、したがって、セルにわたりレイアウト曲線の連続性を与えるように構成される。

本発明の方法は、バイアシングを用いることに加えて、さらに、上方及び下方のしきい値を用いて、異なる色成分を、ハーフトーン充填曲線に沿った異なる部分に移動させるかどうかをチェックすることができる。空間充填状のピクセル成長曲線形状は、空間的に分離する傾向がある局所クラスタを生成する。この方法に対する変形は、幾つかの色に対するリバース曲線、及び充填曲線に沿った着色された領域間の分離領域の中において着色されていないピクセルをどのように分割するかについての選択を用いることを含む。

上述の方法に関する潜在的な問題は、第１の充填された色におけるわずかな変化が、第２の充填された色のバイアスをピクセル境界にわたりシフトするため、これがピクセルを充填曲線に沿ってシフトするようになることである。このことは、異なるクラスタ形状をもたらし、たいがい異なる量の着色剤が付着されることになる。この問題を減少させるために、ハーフトーンを単一のセルとしてだけではなく、各々が充填曲線に沿ってわずかに他のものからシフトされたか又はバイアスされたＮ個のセルの集合として定義することができる。その結果、わずかな変化は、Ｎ個のセルのすべてではなく、このうちの１つがクラスタ形状を変化させることをもたらす。例えば、図６に示される３２個のピクセルのセルにおいては、しきい値は、典型的には、｛４，１２，２０，２８，３６，４４，５２，６０，６８，７６，８４，９２，１００，１０８，１１６，１２４，１３２，１４０，１４８，１５６，１６４，１７２，１８０，１８８，１９６，２０４，２１２，２２０，２２８，２３６，２４４，２５２｝になる。別のセルをハーフトーンの定義に含むことができ、ここでは、しきい値はすべて１だけシフトダウンされ、｛３，１１，１９，２７，３５，４３，５１，５９，６７，７５，８３，９１，９９，１０７，１１５，１２３，１３１，１３９，１４７，１５５，１６３，１７１，１７９，１８７，１９５，２０３，２１１，２１９，２２７，２３５，２４３，２５１｝となる。さらに、すべてのしきい値が１だけ増分されるセルを有することができる。実際、ハーフトーンは、各々が異なるバイアスをもつ８つのセルを有するものとして定義することができる。セルの位置を混合して、図７に示されるようなパターンの外観をもたらすようにするべきである。

４５度のスクリーン角度（人間の目に対して最も不快感が少ない）を生成するために、煉瓦パターンが、典型的にハーフトーンに対して用いられる。したがって、セルの各行は、セル幅の半分だけ水平方向にずらされることになる。行は、セル幅の付加的な整数だけずらされてもよい。ハーフトーンが、各々が異なるバイアスをもつ多数のセルにより作られている場合には、これを行うことは意味をなす。これは、同じバイアスをもつセルは、垂直方向に並びに水平方向に分離されるためである。さらに、バイアス値は、特定のバイアスだけが特定の行において生じるようにセグメント化することができる。ここでも、顕著なパターンの生成を避けることが動機である。図８は、行にわたりバイアスされたハーフトーンセルが分布された状態を示す。

ハーフトーン化しきい値試験を記述するＣ言語におけるコードの断片は、以下の通りである。
／^*０と２５５との間の範囲に及ぶ色ｃ、ｍ、ｙ、及びｋをもつピクセルのハーフトーン化／^*
／^*ピクセルのハーフトーンしきい値は、ｔｈｒである／^*
／^*ｔｈｒ値は、ハーフトーンを定義するしきい値アレイから得られたものになる／^*

この方法は、さらに、高度なアドレス指定能力をもつ装置に対処するように一般化することができる。これを行う１つの方法は、フルサイズのピクセルアレイ上に空間充填曲線を維持して、各ピクセル内では、逐次的に、局所充填方向において、高解像度成分を起動することである。図９は、高度にアドレス指定可能な方向が破線の矢印により示されるサブピクセルの延長部を示す。例えば、各ピクセルは、ｎ個のサブピクセルに分割することができる。この分割は、１次元であってもよいし、２次元であってもよい。各ピクセルにおいては、ピクセル成長曲線と一致したサブピクセル充填順序を定義することができる。各ピクセルは、色しきい値の指定に加えて、高解像度成分が定義されることになる。高解像度成分は、サブピクセルの充填について述べる。このことは、各ピクセルに対するさらに別の色しきい値指定形態をとることができる。

クラスタドットにおける典型的な螺旋状の成長パターンを示す。 クラスタドットにおける第２のインクに対する逆の成長を示す。 種々の色による逐次的な充填を示す。 充填されたピクセルを充填曲線に沿って滑らせている状態を示す。 色を充填曲線に沿って分布している状態を示す。 空間充填曲線に沿った色の分布を示す。 バイアスされたセルの混合を示す。 バイアスされたセルを行にわたり分布している状態を示す。 高度にアドレス指定可能なサブピクセルをもつピクセルの延長部を示す。

Claims (3)

1. マルチカラーのクラスタ化されたドット・オフ・ドットのハーフトーンセルを形成する方法であって、
   第１の色のピクセルに対する濃度範囲値を定義して、これらの濃度値を、ピクセル成長曲線に沿った位置に指定することと、
   第２の色のピクセルに対する濃度範囲値を定義して、これらの濃度値を、前記第１の色のピクセルに対する濃度範囲値の位置に続く位置に指定することと、
   複数の連続して充填されるピクセルが、前記曲線に沿ってクラスタを形成するように前記ピクセル成長曲線を定義すること、
   からなり、
   各ピクセルはｎ個（ｎは整数）のサブピクセルに分割されることを特徴とする、ハーフトーンセルを形成する方法。
2. 前記サブピクセルへの分割は１次元である請求項１に記載の方法。
3. 各ピクセルにおいて、前記ピクセル成長曲線と一致したサブピクセル充填順序を定義することを更に備える請求項１に記載の方法。

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