JP4435291B2 - 高速ハーフトーン処理 - Google Patents
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Description
本発明は、多様なデジタルディスプレイ、タイプセット、又は印刷装置上でハーフトーンイメージ又はその他の種類のハーフトーン出力を発生するための方法に向けられた方法及び装置に関するものである。
背景
現在のところ、デジタルハーフトーン処理は、汎用デジタルコンピュータによるか又は特別目的デジタルハードウエアによって行われている。デジタルハーフトーン処理は、例えば、印刷プレス用のプレートを用意するためにタイプセット装置において、電子写真及びインクジェットデスクトッププリンタにおいて、コンピュータCRTディスプレイにおいて、及びその他のイメージング即ち画像形成装置において、使用されている。デジタルハーフトーン処理に関連する幾つかの用語について以下に定義する。
各ピクチャ要素に対するカラーの範囲は、しばしば、人間の視覚系の範囲よりもかなり小さなレベルの数に出力装置技術によって制限されていることが多い。多くのレーザプリンタ、インクジェットプリンタ、及びタイプセッタ上において、例えば、ピクチャ要素は単に二つのカラーを有するに過ぎず、それはトナー、インク、又はその他の着色剤のカラーと、下側に存在する用紙又はその他の表面のカラーとである。更に、着色剤がピクチャ要素において発生される場合には、その寸法は単一の寸法又は小さな数の寸法へ制限されている。以下の例においては、説明を明確化するために、着色剤は黒であり且つ下側に存在する表面のカラーは白であると仮定する。従って、中間のカラーは「グレイ」と呼ぶ。ここに記載する原理はその他のカラーの組合わせに対して適用される。
ピクチャ要素が小さい場合には、グレイの視覚的効果は、ピクチャ要素の寸法、数、厚さ、及び/又は透明度(可能なメカニズムのうちの幾つかを挙げた場合)によって達成することが可能である。ピクチャ要素のパターンが充分に細かいものである場合には、人間の観察者は個別的なドットのパターンではなく一様なグレイ即ち灰色を知覚する。グレイのシェードは、ドットパターンにおける黒及び白の割合を選択することによって制御することが可能である。多数の着色されたドットを寄せ集めることによって種々のグレイのシェードをシミュレーションすることはハーフトーニング即ちハーフトーン処理と呼ばれる。
例えばほとんどのレーザプリンタ及びインクジェットプリンタなどの二値出力装置の場合には、出力を観察する人によって知覚されるカラー即ち色は、着色剤が発生されるピクチャ要素の割合によって決定される。多値出力装置は異なる寸法、厚さ、密度又は透明度のピクチャ要素を発生することが可能である。これらの装置の場合には、知覚されるカラーは、着色剤を有するピクチャ要素の数によって及び各ピクチャ要素において発生される着色剤の量によって決定される。しかしながら、各個別的なピクチャ要素における着色剤の量が出力装置の限界内において人間の観察者の完全なカラー範囲を近似するのに充分に細かく制御することが可能なものでない限り、ハーフトーン処理技術は、未だに、中間カラーの出現を達成することが必要とされる。多値出力装置の利点は、二値出力装置よりもより小さな空間的区域において所望のグレイのグラデーションを得ることが可能であるという点である。
更に、ある出力装置は2個又はそれ以上の異なる着色剤を使用することが可能である。例えば、一つの着色剤が黒であり且つ別の着色剤がグレイ(灰色)である場合には、バックグラウンド即ち背景の白とグレイの着色剤との間のハーフトーン処理によって明るいグレイを発生させることが可能であり、且つグレイの着色剤と黒の着色剤との間のハーフトーン処理によって暗いカラーを発生させることが可能である。
ハーフトーン処理技術は、マルチカラー又はマルチトーン型出力を発生するために2個又はそれ以上の着色剤を有する出力装置上で適用することも可能である。マルチカラー型出力装置に対するほとんどの論点は単色、二値出力装置に対して説明することが可能である。例えばモアレパターンのようなある付加的な問題は、マルチカラー型出力に対する付加的な考慮によって管理されねばならないが、マルチカラー型出力に対して使用されるハーフトーン処理技術は、基本的には、単色出力装置に対してのものと同一である。本明細書において説明する単色装置におけるハーフトーン処理用の技術は、多値ピクチャ要素に対して、マルチトーン型着色剤に対して、マルチカラー型出力装置に対して、及び当該技術分野において公知のプラクティスに従うその他の種類の出力装置に対して拡張することが可能である。
ピクチャがどの様に見えるべきであるかというハイレベルの記述においては、しばしば発生する三つの種類の内容物はグラフィック(例えば、フィル及びストローク)、グリフ(例えば、テキスト)、及びイメージである。グラフィック又はグリフのハイレベル記述を出力フレームにおけるピクセルへ変換させるために、数学的なアウトライン(即ち閉じた曲線)及びグレイレベルがグラフィック又はグリフに対して決定される。次いで、グレイレベルに対応するハーフトーンパターンがアウトライン内に該当するピクセルにコピーされる。イメージを出力フレームにおけるピクセルへ変換させるために、そのイメージのサンプルのセットが基準イメージサンプル値即ち「基準グレイレベル」を出力フレーム内の各ピクセルと関連付けさせることが可能であるような態様でクリップする。このプロセスにおける最終的ステップは、その基準グレイレベルの関数として各ピクセルの値及び出力フレームにおけるその位置を決定するためにハーフトーン処理技術を適用することである。
ハーフトーン処理プロセス用の基準グレイレベルを選択するために多様な技術が存在している。ピクセルがその上に一つを超えるイメージサンプルを有する出力フレーム内の区域を占有する場合には、それは、通常、基準グレイレベルとしてこれらの上側に存在するイメージサンプルのうちの一つを選択することが通常より高速である。この技術は「ポイントサンプリング(point sampling)」と呼ばれる。しばしば視覚的により優れたものである別の技術は異なる上側に存在するイメージサンプルを混ぜ合わせること又は平均化することである。この別の技術の二つの例は「線形補間」及び「双三次補間」である。基準グレイレベルを決定するための多様なその他の技術は当該技術分野において公知である。
出力フレームにおける異なるオブジェクトが互いに隣合って位置されている場合には、全てのオブジェクトにおいて一様なハーフトーン処理方法が使用される場合には視覚的な結果は優れたものであることが多い。そうでない場合には、ハーフトーン処理プロセスにおける差異がオブジェクト間の境界において目に見える欠陥を発生する場合がある。これらの欠陥を回避するために、特に、接触するオブジェクトが両方共イメージであるか又は両方共グラフィックオブジェクトである場合には、出力フレームの特定の位置に配置される場合のある任意のオブジェクトに対して同一のハーフトーン処理方法を使用することが可能である。あるエキスパートは、目的が異なる場合があるために、イメージに対して使用されるハーフトーン処理方法とグラフィックオブジェクトに対して使用されるハーフトーン処理方法とを差別して選択する。例えば、イメージにとって最も重要な目的はグレイレベルの正確な表示である場合があるが、一方グラフィックオブジェクトに対して最も重要な目的は鮮明に描かれたエッジである場合がある。
一つのデジタルハーフトーン処理技術はスレッシュホールドハーフトーン処理である。スレッシュホールドハーフトーン処理においては、イメージからの基準グレイレベルは出力フレームの各ピクセルにおいて決定される。基準グレイレベルはそのピクセルに対する基準スレッシュホールドと比較され、且つその比較の結果に従ってピクセルに対して値が割当てられる。そのピクセルに対するスレッシュホールドは、通常、スポット関数又はスレッシュホールドアレイの何れかによって特定されるが、その他の特定手段も可能である。スポット関数の場合、スレッシュホールドは装置位置の数学的関数として特定することが可能である。スレッシュホールドアレイの場合、スレッシュホールドはアレイから得られる。スレッシュホールドアレイは、典型的に、矩形の形状を表わすが、平行四辺形又はその他の形状を使用することも可能である。原理的には、スレッシュホールドアレイは出力フレーム自身程度の大きさとすることが可能である。しかしながら、ほとんどの出力装置においては、この様な大きなアレイを保持するためのメモリのコストがひどく高いものとなる。従って、より小さなアレイが、通常、「タイル」として取扱われ且つ各ピクセルがスレッシュホールドアレイの一つの要素に対応するように出力フレームをカバーするために複製される。
スレッシュホールドを特定するために異なる技術が存在しているが、説明を明確にするために、本明細書における説明では、スレッシュホールドを決定するためにスレッシュホールドアレイを使用するものと仮定する。以下のものはスレッシュホールドアレイの一つの例である。
この例のスレッシュホールドアレイにおいては、数字の行は二次元ラスターのX方向におけるピクセルのシーケンスに対応しており,且つ数字の列はラスターのY方向におけるスキャンラインのシーケンスに対応している。このスレッシュホールドアレイは、水平方向及び垂直方向に繰返されて出力フレーム全体をフィル即ち充填する。この例のスレッシュホールドアレイは、65個の異なるハーフトーンパターン即ちグレイレベルを得ることを可能とする。128の基準グレイレベルで一様にシェーディングされた区域においては、このスレッシュホールドアレイは4×4ピクセル黒白矩形のチェックボードパターンを形成する。該パターンにおける黒又は白の矩形は「ハーフトーンドット」と呼ぶことが可能である。基準グレイレベルが128から0へ減少すると、黒のチェッカが収縮し且つ消失する。同様に、グレイレベルが128から255へ増加すると、白のチェッカが白のドットへ収縮する。一様な基準グレイレベルを有するイメージに対して適用された場合には、このスレッシュホールドアレイは空間的に一様なドットパターンを形成し、その場合に、ドットの寸法は基準グレイレベルに従って変化する。このドットパターンが充分に微細なものであると(即ち、それが高い空間分解能を有している場合には)、人間の観察者はドットパターンの代わりに所望のグレイ即ち灰色を見ることとなる。600ピクセル/インチ×600スキャンライン/インチの装置ラスターの場合、ハーフトーンドットパターンは、水平方向及び垂直方向において1インチの1/75だけ又は対角線方向に1インチの1/106だけ分離されているドット中心を有するグリッド即ち格子となる。
一様なアレイのハーフトーンドットはよりごちゃ混ぜのアレイと比較して利点を有すると共に欠点も有している。一つの利点は、スレッシュホールドアレイが小さいということである。別の利点は、ある場合においてハーフトーン結果のある損失のないデータ比較が可能な場合があるということである。一様なアレイの一つの欠点は目に見えるパターン欠陥(しばしば、モアレパターンと呼ばれる)及びイメージ内容内の特徴に対するハーフトーンドットのラインの「ビーティング(beating)」の結果として形成される場合のあるその他のパターンに対してより影響を受けやすいということである。例えば、スレッシュホールドアレイの例においては、二つの対角線上の黒又は白のドットが1個のピクセルだけ異なる場合がある。人間の観察者はこの差に起因して不所望のパターンを知覚する場合がある。
大きなスレッシュホールドアレイの場合には、ランダムでごちゃ混ぜにした組のハーフトーンドットの様相を形成することが可能であり、その場合には、人間の観察者が検知する繰返しパターンは少ないか又は全くない。この技術の一つの例はアドビブリリアントスクリーンズ(Adobe Brilliant Screens)である(米国特許第5,590,223号において記載されている)。スレッシュホールドアレイは、典型的に、片側が64乃至2,048個のピクセルからなる正方形である。スレッシュホールドアレイ内において、異なる寸法及び不規則的な配置の多数のハーフトーンドットが形成され、ごちゃ混ぜにしたパターンを作成し、その場合にハーフトーンドットの組合わせは人間の観察者に対してパターンに寄せ集まるように表われることはない。ごちゃ混ぜにしたアレイはモアレパターンを著しく減少される。しかしながら、一様なグレイの大きな区域が表示される場合には、人間の観察者は小さなタイルパターンの繰返しを劣化として知覚する場合がある。従って、人間の観察者がそのパターンを知覚することがないようにタイルの境界を空間的に分離させるためにスレッシュホールドアレイは大きなものでなければならない。大きなスレッシュホールドアレイの一つの欠点はそれを格納するために必要とされるメモリの量が対応して大きいということである。一様なアレイと比較して別の欠点はハーフトーン結果は損失のないデータ圧縮の場合に圧縮性が低いということである。
スレッシュホールドアレイ及びスポット関数技術は、出力フレームにおける各ピクセルの値がその位置の上のイメージの基準グレイレベルに従って選択されるというより広いクラスのハーフトーン処理技術のうちのメンバーである。この広いクラスの技術は以下の関数によって記述することが可能である。
基準グレイレベル=関数1(ピクセル位置、ピクセル位置の上又は近くのイメージサンプル)
ピクセル値=関数2(ピクセル位置、基準グレイレベル)
伝統的なスレッシュホールドアレイの場合、同一のスレッシュホールドをその位置におけるイメージ基準グレイレベルに拘らずに特定の装置位置において使用する。従って、スレッシュホールドアレイの場合、2番目の機能的依存性は次のように特定化することが可能である。
ピクセル値=関数3(基準グレイレベル関数4(ピクセル位置))
変形例は、基準グレイレベルに従ってスレッシュホールドアレイを選択することであり、このことは各位置におけるスレッシュホールドが基準グレイレベルと位置の両方の関数である結果となる。この変形例においては、全てのグレイレベルに対する全ての装置位置において異なるスレッシュホールドが存在することが可能である。例えば、異なるドットパターンをハーフトーン出力の非常に明るい及び非常に暗い領域に対して使用することが可能である。しかしながら、この技術は速度が遅く且つ伝統的な技術よりもより多くのメモリを必要とする。
理想的な条件下においては微細なドットパターンが最も良いように見える場合があるが、スレッシュホールドアレイを設計する場合の考慮事項は、温度、湿度、トナー又はインクレベル、及びその他のファクタにおける変化に亘ってより粒状のハーフトーンドットパターンは、時折、より一貫性のある様相を与えるものであるということである。更に、より粒状のパターンはよりよく複写印刷する場合がある。要するに、これらの技術の全ては実験、判断及び個人的好みが関与するものである。
種々のその他のデジタルハーフトーン処理技術が何年にも亘って開発されている。例えば、集約的に確率的ハーフトーン処理と呼称されるエラー拡散及びFMスクリーニングは、幾分同様の結果を発生する。これらの技術においては、セミランダムプロセスを使用して、非常に小さな一見ランダムに配置させたドットからなるパターンを形成し、一方これらのドットの平均間隔及び黒と白との相対的な密度を綿密に制御する。エラー拡散及びスレッシュホールドアレイをベースとしたハーフトーン処理の要約はRobert Ulichney著「デジタルハーフトーン処理(Digital Halftoning)」という本において見つけることが可能である。確率的ハーフトーン処理技術は、又、ACMトランズアクションズ・オブ・グラフィックス、12巻、2番(1993年4月)におけるRobert Geist et al.著「デジタルハーフトーン処理に対するマルコフフレームワーク(A Markovian Framework for Digital Halftoning)」において見つけることが可能である。この文献はエラー拡散と同様の結果を発生するランダムプロセスに基づいたハーフトーン処理について説明している。別の確率的ハーフトーン処理技術はSPIEコンフェレンス・プロシーディングズ、サンホセ、1991年におけるMista及びParker著「ブルーノイズマスクを使用したデジタルハーフトーン処理(Digital Halftoning Using a Blue Noise Mask)」において記載されており、且つ1992年におけるラスターイメージング及びデジタルタイポグラフィ用のコンフェレンスプロシーディングズにおけるMista、Ulichney及びParker著「パワースペクトルを操作したハーフトーンパターンの構築及び評価(The Construction and Evaluation of Halftone Patterns With Manipulated Power Spectra)」という関連文献に記載されている。これらの文献は困惑するようなパターンが存在せず且つ所望のグレイレベルを発生するドット分布を構築する方法を記載している。上述した文献の各々は引用によって本明細書に取込む。
確率的ハーフトーン処理方法のスレッシュホールドアレイ実現化は、ハーフトーン処理プロセスによって発生される各ピクセルが出力フレーム内におけるその位置における基準グレイレベルにのみ依存する場合に可能である。エラー拡散はスレッシュホールドアレイで実現可能なものではない。なぜならば、それは一つの位置におけるグレイレベルを近くのピクセルに対する基準グレイレベルの決定に拡散させるからである。スレッシュホールドハーフトーン処理と機能的に等価なハーフトーン処理技術は、通常、より高速である。なぜならば、それらはピクセル当たりに必要とする計算がより少ないからである。
ある出力装置の場合には、スレッシュホールドアレイ等価ハーフトーン処理の利点は、出力フレームにおいて互いに隣接している異なるイメージの独立的なハーフトーン処理を行うことを可能とするということである。オブジェクトの間の境界において繋ぎ目が形成されることはない。なぜならば、各ピクセル位置におけるピクセル値はそのスポットにおけるイメージ基準グレイレベルのみに依存するものであって隣接するピクセルからの拡散値に依存するものではないからである。同様に、ストローク又はフィルなどのイメージの隣のその他の内容要素をハーフトーン処理する同一の組のスレッシュホールドを使用することが出力装置において有益的な場合がある。
例えばレーザプリンタなどのある出力装置は用紙の移動を開始させた後に停止し且つハーフトーン処理プロセスが終了するのを待機することは不可能である。例えばインクジェットプリンタ又はイメージセッタなどのその他の装置は、停止された場合にインクが乾燥するか又は停止し且つ再度スタートする場合に僅かな機械的な不規則性が存在する場合には、筋が用紙に亘って発生する場合がある。従って、ハーフトーン処理プロセスが出力装置よりも遅い場合には、装置を停止させることを回避するのに充分に高速に装置へ提供することが可能であるように完全にハーフトーン処理したイメージを構築せねばならない。この構築はエキストラな時間及びエキストラなメモリを必要とする。視覚的な欠陥を発生することなしに装置が停止することが可能な場合であっても、ハーフトーン処理プロセスが終了するのを待機するために失われる時間は性能の劣化に繋がる。
ノンストップ即ち停止しない装置の場合には、出力フレームの全てのピクセルをフレームバッファ内に格納することが可能である。全てのピクセルが格納された後においてのみ、該装置は出力フレームをデリバすることを開始する(例えば、プリンタ上の用紙の運動をスタートさせる)。出力フレームのデリバ期間中に、フレームバッファからピクセルがフェッチされ且つ出力装置へ供給される。例えば、8.5インチ×11インチフレームバッファを具備する1,200ピクセル/インチ×1,200スキャンライン/インチ×1ビット/ピクセル装置上において、フレームバッファ寸法(白の余白がないものと仮定する)は16,830,000バイトである。
「レンダリング」という用語は、出力フレームにおけるピクセル値の全てを構築するプロセスのことを意味する。従って、出力フレームをデリバするための全時間は、イメージを完全にレンダリングするための全時間+出力フレームを出力装置へデリバするための全時間である。
出力フレームの構築を二つの部分、即ち「フロントエンド解釈」及び「バックエンドレンダリング」とそれぞれ呼ばれる二つの部分に分割することが可能な場合がある。バックエンドレンダリングが出力装置の実時間条件を満足することが可能である場合には、出力フレームのデリバはフロントエンド解釈が終了するや否や開始することが可能であり、且つバックエンドレンダリングがフレームデリバ期間中に発生することが可能である。このことは「レースレンダリング(race rendering)」と呼ばれる(又は、レーザプリンタの場合には、「レーザのレーシング(racing the laser)」と呼ばれる)。レースレンダリングにおいては、フレームをデリバするため(例えば、頁をプリントするため)の全時間は、フロントエンド解釈用の全時間+出力フレームをデリバするための時間である。レース及び非レースレンダリングの一例を以下に例示する。
この例示において、頁を構築するための全体的な時間は両方の場合において3.5秒である。非レースの例においては、全体的な時間は出力フレームの完全なハーフトーン構築のために使用される。しかしながら、レースレンダリングの例においては、1.5秒のバックエンドレンダリングがフレームデリバとオーバーラップされており、そのことはより高速な全体的な時間とさせている。フレームデリバとの計算をオーバーラップさせることを可能とすることによるより高速なハーフトーン処理は、ハーフトーン処理時間の減少からのみ得られるものよりもフレームをデリバするための全体的な時間においてより大きな減少を行うことを可能とする場合がある。
しかしながら、前のハーフトーン処理方法におけるバックエンドレンダリングは高価なハードウエアを使用しない限り、ほとんどの出力装置に対する実時間条件を満足するのには遅すぎるものである。そのために、従来のハーフトーン処理方法を使用するほとんどの装置はフレームのデリバを開始する前にイメージを完全にレンダリングする。
ハーフトーン処理とフレームデリバとをオーバーラップさせることに加えて、可能である場合には、現在のフレームの構築と前のフレームのフレームデリバとをオーバーラップさせることが有益的である。例えば、出力フレームのデリバが出力装置の計算能力及びメモリの全てを必要とするものではない場合には、現在の出力フレームの構築を開始させるために余分な時間及びメモリを使用することが可能である。
非レースハーフトーン処理を使用する装置もイメージそれ自身の完全にハーフトーン処理した表示又は完全な出力フレームの何れかに対するメモリを必要とする。しかしながら、イメージがレースレンダリングされたものである場合には、出力装置はそのイメージの完全にハーフトーン処理した表現に対するメモリを必要とするものではない。その代わりに、出力装置はバックエンドレンダリングが開始するイメージの表現に対するメモリ及び完全なフレームよりも著しく小さな幾つかのバッファを必要とする。レース期間中に、一つの領域に対する完全にハーフトーン処理されたピクセルが一つのバッファ内に入れられる。次いで、該装置は該バッファ内のピクセルをそれらが必要とされる場合に出力装置へデリバする。その後に、該バッファは別の領域に関して再使用することが可能である。このプロセスは回転状態で幾つかのバッファを使用することによって継続して行われ、出力フレームを構築し且つデリバする。
ある場合においては、イメージが完全にハーフトーン処理された表現よりも著しく小さいものであり、且つバックエンドレンダリングはそれと共に開始するのに充分に速いものである場合がある。例えば、2,000×1,500ピクセル×8ビット/ピクセル単色イメージは3,000,000バイトのメモリ(RAM)を必要とする。1,200ピクセル/インチ×1,200スキャンライン/インチ×8.5インチ×11インチの1ビット/ピクセル出力装置(例えば、1,200ドット/インチレター頁レーザプリンタ)上において、完全なフレームは16,830,000バイトである。この例においては、イメージそれ自身が出力フレームよりも著しく小さく且つレースレンダリングは必要とされるメモリを減少させる。
その他の場合においては、イメージは出力フレームよりも著しく大きい。この場合には、メモリ条件を減少させるためにフロントエンド解釈期間中にイメージを再サンプルすることが可能である。再サンプルされたイメージにおいて、バックエンドレンダリング期間中に必要とされるサンプルのみを維持する。再サンプリング及びフロントエンド解釈の両方の後のイメージの表現は完全にハーフトーン処理されたイメージよりも大きいか又は小さいの何れかである。再サンプルされた表現がより小さい場合には、レースレンダリングはメモリ条件を減少させる。
ハーフトーン処理を使用するある装置はイメージの完全にハーフトーン処理した表現か又は完全な出力フレームの何れかを圧縮する(例えば、米国特許第5,602,976号を参照するとよく、それを引用によって本明細書に取込む)。技術水準の損失のない圧縮方法(例えば、ファクシミリ装置の場合に使用されるCCITTグループ4方法、JBIG方法、及びLempel Ziv Welch(LZW)方法)は完全にハーフトーン処理したフレームデータを特に良好に圧縮するものではないが、それらはテキスト及びラインアート即ち線画に関して実質的な圧縮を達成する。CCITTグループ4方法はテキスト及びラインアートに関して満足のゆく圧縮を達成するものであるが、それは、典型的に、ハーフトーンデータを圧縮するよりも伸張させる。LZW方法は約2.5対1圧縮を達成することが可能であり、且つJBIG方法は、ハーフトーン処理方法が一様に離隔したハーフトーンドットを形成する場合には約4対1の圧縮を達成することが可能である。しかしながら、ハーフトーン処理方法が不規則的に離隔されたハーフトーン処理されたドットを形成する場合には、JBIG方法は2対1の圧縮でも達成することが不可能な場合がある。損失のある方法は完全にハーフトーン処理された表現を効果的に圧縮することが可能であるが、それらの修正はイメージの品質を減少させる。イメージの完全にハーフトーン処理した表現に関してはそれほど損失のない圧縮が可能なものではないので、従来のハーフトーン処理に対して圧縮を適用する装置は高いメモリ条件を有するか又は損失性のない圧縮を使用する可能性がある。圧縮が使用される場合には、圧縮のための時間は、典型的に、フレームをデリバするための時間を増加させる。脱圧縮がフレームをデリバする時間に付加される場合があり、又それはフレームデリバとオーバーラップされる場合がある。
ある装置は別の装置(例えば、パソコン(PC)などのコンピュータ)上で完全にハーフトーン処理されたイメージ表現を構築し、且つその表現を直接的に、又はそれに対してデータ圧縮を適用した後の何れかにおいて、出力装置へ通信する。この場合においては、出力装置自身が完全なハーフトーン出力フレームに対するメモリを必要とするものではないが、通信チャンネルはより小さな表現の場合に必要とされるであろうよりもより多くのデータを送信せねばならない。更に、完全にハーフトーン処理した表現を構築する装置はレースレンダリングの場合におけるよりもより遅いか又はより多くのメモリを必要とする場合がある。更に、出力装置の実時間条件がバックエンドレンダリングのみならず、通信チャンネル上にも課される。圧縮は、通信チャンネルによって課される実時間条件を緩和する場合があるが、それは各エンド上での計算条件を増加させる。
従来のハーフトーン処理は遅いものであるから、フレームデリバとのイメージのレースレンダリング及び計算のオーバーラップは多くの装置においては実際的なものではない。更に、完全にハーフトーン処理された表現はPC又はたくさんのメモリを有するワークステーション上において構築される場合には、この様な表現を構築するため、多分その表現を圧縮するため、その表現又は圧縮した表現を通信チャンネルを介して出力装置へ送信すること及び圧縮されている表現を伸張させることの全体的な時間が出力装置がフレームをデリバすることが可能な速度を遅くさせる。
2レベル出力装置に対する従来のスレッシュホールドハーフトーン処理について説明することが有用である。図1に示したように、従来のハーフトーン処理方法10は、メモリ内にイメージサンプルをコピーすることによって開始する(ステップ12)。このステップはカラー変換、クリッピング及びハーフトーン処理プロセス自身にとっては中心的なものではないその他の予備的な処理を包含する場合がある。
該方法はイメージの下側に存在する全てのピクセル、即ちハーフトーン処理した結果が配置されるべき出力フレームの区域に亘って繰返し行われる(ステップ14)。各繰返しにおいて、そのピクセルに対する基準グレイレベルがポイントサンプリング、線形補間又は双三次補間のような技術によって決定される(ステップ16)。ピクセルに対応するスレッシュホールドアレイ要素がフェッチされ(ステップ17)且つこれら二つの値が比較される(ステップ18)。イメージサンプルがスレッシュホールドより低い場合には、そのピクセルには0の値(白)が割当てられ、そうでなければ1の値(黒)が割当てられる(ステップ19)。次の繰返しに対して、ピクセル位置がインクリメントされ且つ新たなピクセル位置に対応するイメージ位置が計算される(ステップ20)。
イメージ及び出力フレームの両方がラスターである場合には、その繰返しを調節する一つの態様は、そのイメージによってカバーされる出力フレームにおけるスキャンラインに亘っての外側のループ、そのイメージによってカバーされるスキャンラインにおけるコンピュータワードに亘っての中間ループ、且つ一つのワードにおけるピクセルに亘っての内側ループとしてである。32ビットワード寸法の場合には、内側ループはレジスタを黒(1)又は白(0)ピクセル結果で充填しながら32回ラン即ち稼動する。内側ループから出ると、中間ループがこのレジスタを出力フレーム内へコピーする。この構成は、ハーフトーン処理期間中におけるメモリ参照の回数を減少させる。
ステップ12期間中に、取扱われるサンプルの数は幅とイメージの高さとを掛けたものである。ステップ14−20期間中に、繰返し数はピクセルで計算されたイメージ下側の出力フレームの区域に等しい。高分解能出力装置の場合には、時間の優位は通常ステップ14−20におけるものである。
発明の要約
一般的に、一つの側面においては、本発明は、出力装置上においてハーフトーン出力を発生する方法を提供している。本方法は、一つを超えるピクセルを含む出力フレームの領域に対してグレイレベルをハーフトーン結果と関連付けさせる少なくとも一つのテーブルを検索し、一つを超えるピクセルを含む出力フレームの1個のタイルに対して基準グレイレベルを決定し、前記少なくとも1個のテーブルを使用して前記基準グレイレベルに対するハーフトーン結果を決定し、前記出力フレームの前記タイルに対して前記基準グレイレベルに対するハーフトーン結果を格納し、且つ前記出力フレームを前記出力装置へデリバすることを包含している。
本発明の実施例は、以下の特徴のうちの一つ又はそれ以上を有益的に有することが可能である。該テーブルは一組のスレッシュホールドから発生される。該一組のスレッシュホールドはスレッシュホールドアレイである。該タイルは矩形状であるか、又は2×2ピクセル正方形であるか、又は4×4ピクセル正方形である。該少なくとも1個のテーブルは、グレイレベルをコードと関連付けさせる第一テーブル、及びコードをハーフトーン結果と関連付けさせる第二テーブルを有しており、且つ該少なくとも一つのテーブルを使用することは、該第一テーブルで基準グレイレベルを基準コードへ変換し、且つ該第二テーブルで該基準コードを該基準グレイレベルに対するハーフトーン結果へ変換することを包含している。該基準グレイレベルをコードへ変換することは、フロントエンド解釈期間中に発生し、且つ該基準コードをハーフトーン結果へ変換することはバックエンドレンダリング期間中に発生する。該コードはその領域における黒ピクセルの数を表わしている。本方法は、該コード又は基準グレイレベルを圧縮することを包含している。本方法は、出力装置におけるレースハーフトーン処理を包含している。一般的に、別の側面においては、本発明は、出力装置上においてハーフトーン出力を発生する方法を提供している。本方法は、出力フレームを各々が一つを超えるピクセルを包含している複数個のタイルへ分割し、出力フレームの領域であって1個を超えるピクセルを包含する領域に対してハーフトーン結果とグレイレベルとを関連付けさせる少なくとも1個のテーブルを検索し、各タイルに対して、基準グレイレベルを決定し、前記少なくとも1個のテーブルを使用して前記基準グレイレベルに対するハーフトーン結果を決定し、且つ前記出力フレームの前記タイルに対し前記基準グレイレベルに対する前記ハーフトーン結果を格納し、且つ前記出力フレームを前記出力装置へデリバすることを包含している。
一般的に、別の側面においては、本発明は、出力装置上においてハーフトーン出力を発生する方法を提供している。本方法は、イメージを受取り、出力フレームを各々が1個を超えるピクセルを含む複数個のタイルへ分割し、グレイレベルとコードとを関連付けさせる第一複数個のテーブルを検索し、1個を超えるピクセルを含む領域に対してコードとハーフトーン結果とを関連付けさせる第二複数個のテーブルを検索し、各タイルに対して、前記出力フレームにおけるタイルの位置に基づいて前記複数個の第一テーブルから1個のテーブル及び前記複数個の第二テーブルから1個のテーブルを選択し、前記出力フレームにおける前記タイルの位置に対応するイメージの部分に基づいて基準グレイレベルを決定し、前記第一複数個のテーブルから選択したテーブルを使用して前記基準グレイレベルをコードへ変換し、前記第二複数個のテーブルから選択したテーブルを使用して前記コードをハーフトーン結果へ変換し、且つ前記ハーフトーン結果を前記出力フレームのタイルへ格納し、且つ前記出力フレームを前記出力装置へデリバする、ことを包含している。
本発明の利点は以下のものを包含している。スレッシュホールドハーフトーン処理は著しく高速で実施される。ハーフトーン処理方法に関連する品質の小さな損失は知覚不可能であるか又はほぼ知覚不可能である。本発明を使用する装置はレースレンダリングを行うことが可能である。本発明を使用するフロントエンド解釈の後のイメージのより低いメモリの条件は、フロントエンド解釈の先行するフレームのデリバとのより多くのオーバーラップを行うことを可能とする場合がある。出力装置はより少ないメモリを使用して構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
図1は従来のハーフトーン処理方法のフローチャートである。
図2は本発明に基づくハーフトーン処理方法のフローチャートである。
図3Aはタイルを具備する出力フレームを例示している。
図3Bは本発明のハーフトーン処理方法によって使用されるテーブルの例示である。
図4A−4Cはハーフトーン処理方法の三つの実施例のフローチャートである。
図5A−5Fはハーフトーン処理方法の6個の実施例のフローチャートである。
図6Aはスレッシュホールドアレイの例示である。
図6Bは3×4ピクセルタイルに対して図6Aのスレッシュホールドアレイから形成された繰返されたスレッシュホールドアレイの例示である。
図6Cは3×4ピクセルタイルへ分割された図6BのRTAの例示である。
図7Aは図5Aの方法に基づいて図6Cのタイルに対して形成されたテーブルの例示である。
図7B及び7Cは図5Dの方法に基づいて形成されたテーブルの例示である。
図8は本発明を実施するのに適したコンピュータシステムの概略的な例示である。
詳細な説明
本発明は、高周波数においての人間の視覚系の空間的な不感受性を活用している。最近の印刷装置上においては、600又は1,200ピクセル/インチの分解能は一般的である。この様な装置上で印刷したフレームの人間の観察者は、典型的に、目から約20インチの距離において用紙を観察し、その場合には、1インチ当たり600個のピクセルは約210ピクセル/度に対応し、且つ1インチ当たり1,200個のピクセルは約420ピクセル/度に対応する。知覚力研究がサイクル/度において行われ、その場合に1サイクルは黒白遷移の規則的なパターンである。600ピクセル/インチ装置上で印刷することの可能な最も高い周波数のサイクルは210/2=105サイクル/度であり、この様なサイクルは出力において白及び黒のピクセルを交番させることによって発生される。一つの研究(F. I. Van Nes及びM. A. Bouman著「人間の目における空間的変調転送(Spatial Modulation Transfer in the Human Eye)」、ジャーナル・オブ・ジ・オプティカル・ソサエティー・オブ・アメリカ、57(3):401−6、1967年3月、尚引用によって本明細書に取込む)では、5サイクル/度は、人間の視覚系が最も感受性が高い周波数であることを示している。更に、人間の観察者は、5サイクル/度における特徴に対するよりも、50サイクル/度における特徴に対して約50倍低いコントラスト感受性を有しており且つ100サイクル/度における特徴に対して約300倍低いコントラスト感受性を有している。
従って、600ピクセル/インチの装置の場合には、人間の観察者は2×2ピクセルより小さな特徴に対して基本的に感受性を有するものではない。同様に、1,200ピクセル/インチの装置の場合には、人間の観察者は、基本的に、4×4ピクセルより小さな特徴に対して感受性を有するものではない。
しかしながら、感度に関する結論を引出す場合には注意せねばならない。なぜならば、人間の観察者は、600ピクセル/インチよりも細かい分解能において発生するラインアート又はテキストのボールド性(boldness)又はカラーにおける小さな差又はハーフトーン処理した区域におけるモアレパターンを検知することが可能だからである。例えば、等しい厚さ及び分離の近接して離隔している平行な線からなるグリッドは、低い分解能の装置上で印刷された場合には、600ピクセル/インチ又はより高い分解能の装置上でレンダリングされた場合に異なった厚さ又は間隔のものとして見える場合がある。
別の例として、マッハ(Mach)帯効果は、エッジをして二つの僅かに異なるグレイの間の境界として知覚させる人間の視覚特性である。この効果は、境界の隣のより暗いグレイ(灰色)をより暗いものとし且つより明るいグレイ(灰色)をより明るいものとして知覚することである。それより低いレベルにおいてはこの知覚的効果が発生することのないグレイレベル差のスレッシュホールドが存在しており、その効果が発生し始める小さな遷移領域が存在しており、且つその遷移領域より上においては顕著なエッジ強調が存在している。概略的には、マッハ帯効果は、境界におけるグレイレベルの変化が0.5%乃至1.0%である場合の境界において発生し始めるものと思われる。イメージがグレイレベルにおいてゆっくりとした変化、例えば完全な日光から深い影の変化を有する場合には、ハーフトーン処理プロセスに対するグレイレベルの数における不充分であることがグレイレベルが変化する箇所においてマッハ帯効果ラインを発生し、且つ人間はこれらをイメージ複写における欠陥として見る。出力装置が発生することの可能な最も暗いグレイと最も明るいグレイとの間の比に依存して、このことは、装置上でのハーフトーン処理はほとんどの装置上においてこの様なマッハ帯効果の筋欠陥を回避するためには数百乃至数千個のグレイ、又は写真用のトランスペアレンシ上では最大50,000個のグレイを必要とすることを意味している。
イメージがピクセルへハーフトーン処理される場合に、幾つかの異なる空間周波数又は周期性が相互作用により複製物の知覚される品質を減少させるパターンを発生させる場合がある。例えば、イメージが同一の方向において7個のピクチャ要素毎にスキャンラインに沿って6個のサンプルを有する場合には、7個のピクチャ要素毎に非一様性が繰返される。異なるイメージサンプルが五つの連続するピクセルに対する各ピクセルのカラーを決定し、且つ単一のイメージサンプルが二つの連続するピクセルを決定する。このフレームの長さ又は幅に亘っての不規則性の寄せ集めが目に見える筋を形成する場合がある。
規則的な(即ち、一様な)ハーフトーン処理した幾何学的形状は規則的にハーフトーン処理したドットの周期性において付加的なパターン化を導入する。例えば、ハーフトーン処理したドットが5個のピクセル毎に規則的なパターンで反復する場合には、5個のピクセル分離した状態で長い筋が形成される場合がある。イメージがハーフトーン処理したドットの列、行、対角線又はその他のラインに関して小さな角度でもって存在している場合には、該イメージにおけるその特徴とハーフトーン処理したドットとの間に低周波数の「ビーティング」パターンが発生する場合がある。更に、規則的なスクリーンでのマルチカラー印刷の場合には、異なるカラーの異なるハーフトーン処理したスクリーン間での空間周波数の相互作用を減少させるためにスクリーン角度を注意深く選択せねばならない。
アドビブリリアントスクリーンズ(Adobe Brilliant Screens)(商標)のような不規則的なハーフトーン処理技術の利点は、ハーフトーンドットのごちゃ混ぜにした特性が局所的な不規則性の寄せ集めがより大きな寸法の筋となることを防止することによってハーフトーン幾何学的形状問題を取除いている。しかしながら、イメージと装置の相互作用に起因するパターン化(例えば、先の例の7ピクセル周期性)は不規則的ハーフトーン処理の場合でも残存する。
要するに、イメージ又は区域フィル(充填物)(テキスト及びストロークに対比し)に対する300ピクセル/インチより高い分解能は、イメージ又はフィルが表われるより細かいハーフトーンドットを形成する場合に視覚的に最も顕著であるものと思われる。300ピクセル/インチより高い分解能は、より空間的な詳細のために有用なものであるが、その様な空間的な詳細は視覚的に知覚可能なものでない場合がある。
本発明は、タイプセット用装置、電子複写及びインクジェットプリンタ、CRTディスプレイ又はその他のデジタルディスプレイ、印刷又は同様の装置上においてハーフトーンイメージを発生するために使用することが可能である。本発明は、任意のスレッシュホールドハーフトーン処理の変形例に対して且つスレッシュホールドハーフトーン処理と同一の機能的依存性を有するハーフトーン処理のその他の方法に対して適用することが可能である。
本発明は、汎用コンピュータ又は特別目的ハードウエア及びラスターディスプレイ、プリンタ、イメージセッタ又はその他の可視的出力装置を含むことの可能な装置を使用して実施することが可能である。フロントエンド解釈を行う装置は、バックエンドレンダリングを行う装置とは異なるものとすることが可能である。例えば、フロントエンド解釈は、コンピュータ上において実施することが可能であり且つバックエンドレンダリングはプリンタ上において実施することが可能である。この場合においては、フロントエンド解釈の後に、イメージの表現が例えばイーサーネットなどの通信チャンネルを介して送給される。そのイメージ表現は、フロントエンド解釈の後に圧縮し且つバックエンドレンダリングの前に脱圧縮即ち伸張させることが可能である。
本発明は、その入力としてイメージを必要とする。該イメージのカラー空間は、既知の技術に従って出力装置のカラー空間へ変換させることが可能である。例えば、カラー空間は、RGB(赤緑青)、CMYK(シアン マゼンタ イエロー ブラック)、単色(グレイ)又はその他のカラー空間とすることが可能である。このカラー空間変換は、イメージ前処理期間中に発生することが可能であり、又はハーフトーン処理ステップの間で継ぎ合わせることが可能である。ハーフトーン処理プロセスは、通常、各カラー座標上で別々の計算を行って出力装置のカラー空間において行われる。
以下の例においては、本発明は、単一のカラー成分を有しており且つ装置の全範囲内において白から黒へ変化するカラーを発生する単色カラー空間を使用する出力装置について説明する。従って、イメージサンプルは「グレイレベル」として呼称する。本発明は、一つを超えるカラー成分を有するカラー空間を含むその他のカラー空間を使用する出力装置に対して適用することが可能である。
更に、以下の例においては、本発明を、256個の異なるグレイレベルを特定することの可能なサンプルを含む入力イメージに対して説明する。サンプル値は、両端部の値を含む0乃至255の範囲内の整数であるものと仮定する。この範囲に対する数学的な表記は〔0..255〕である。イメージサンプル値を表わす各整数はその範囲の値を表わすのに充分なコンピュータメモリのユニット内に格納されている。〔0..255〕の範囲の場合、8ビットが充分であり且つメモリの単位は1バイトである。より大きな量のメモリを使用することが可能であるが必要なものではない。本発明はより大きな又はより小さな範囲に対して適用することが可能である。更に、あるイメージ座標系はイメージサンプルに対して正の数値ではなく符号付き数字を使用し、例えば、〔−128..+127〕の範囲を〔0..255〕の代わりに使用することが可能である。
更に、以下の例においては、イメージサンプルと出力フレームピクセルの両方がラスターとして格納され、イメージラスターの相次ぐスキャンラインにおけるサンプルが先行するスキャンラインにおけるサンプルと垂直方向に整合されており、且つ出力フレームの相次ぐスキャンラインにおけるピクセルが先行するスキャンラインにおけるピクセルと垂直方向に整合しているものと仮定する。ラスターにおけるピクセル位置について説明する場合に、装置スキャンラインに沿っての方向を「X方向」と呼び且つ装置スキャンラインに対して垂直な方向を「Y方向」と呼ぶ。
これらの仮定の下に、各ピクセルはピクチャの小さな矩形部分に適用されるべき着色剤を表わす。しかしながら、本発明は、例えばラスター変形例又はピアノ(Peano)スキャンなどのイメージサンプル及び/又は出力フレームピクセルの異なる表現に対して適用且つ適合させることが可能である。多くの魅力的な特性を有するラスター変形例は、偶数番号のスキャンラインがX方向において0.5ピクセル分インデントされるような態様でスキャンラインをスタギャ即ちジグザグの配列とさせることである。このラスター変形例においては、各ピクセルがピクチャの小さな六角形部分に対するカラー即ち色を表わす。
更に、以下の例においては、本発明を二値化したピクセルについて説明し、0が白を表わしており且つ1が黒を表わしている。白及び黒は反転させることが可能であり、又は本発明を多値ピクセルへ適用させることが可能である。前に説明したように、多値化ピクセルのハーフトーン処理は、通常、二つの隣接する値の間において発生する(しかしながら、このことは唯一の可能性ではない)。
図3Aに示したように、本発明方法においては、出力フレーム30がピクセル32から構成されている。イメージ36の下側に存在する出力フレーム30の部分をマルチピクセルタイル34へ分割する。各タイル34はM×Nピクセル矩形とすることが可能であり、その場合にM及びNは整数である。好適には、M及びNは出力装置上において約100個のタイル/度又は約300個のタイル/インチを発生するように選択される。M及びNの各々が本方法の具体化が実施されるコンピュータのワード寸法を均一に分割することが有益的である。特に、M×N=2×2及びM×N=4×4が有益的であるが、その他の値を使用することも可能である。更に、これらのタイルは例えば三角形、平行四辺形、又は六角形などのその他の形状又は形状の組合わせとすることが可能である。しかしながら、該タイルは1×1ピクセルよりも大きいものでなければならず且つ出力フレームをカバーすることが可能な形状又はその様な形状の組合わせを有するものでなければならない。
図2及び3Bを参照すると、本発明に基づくハーフトーン処理方法100をコンピュータプログラムとして実現することが可能である。それは、少なくとも1個のテーブル40を構築することによって初期化ステップで開始する(ステップ102)。テーブル40は各参照したグレイレベル44に対するエントリ42を有している。各エントリ42はハーフトーンパターン46を有している。ハーフトーンパターン46は、M×Nピクセルタイル34における各ピクセルが同一の基準(即ち、参照)グレイレベルを有するものとの仮定で構築される。従って、該テーブルは基準グレイレベルをM×Nピクセルハーフトーンパターンに対してマッピングする。
初期化が完了した後に、該テーブルを再度使用して著しくより高い速度でハーフトーン出力を発生することが可能である。以下に説明する実施例においては、その一つ又はそれ以上のテーブルはスレッシュホールドアレイ内において特定された一組のスレッシュホールドから計算される。該一組のスレッシュホールドは、スレッシュホールドアレイ、スレッシュホールドアレイからなるアレイ、スポット関数、又はその他の態様で特定することが可能である。一方、ハーフトーン処理用テーブルは、それらを一組のスレッシュホールドから計算することなしに、直接的に特定することが可能である。しかしながら、グラフィックオブジェクトとイメージとの間の境界において目に見える欠陥を発生させることなしに、従来のスレッシュホールドアレイを使用して出力フレームにおけるグラフィックオブジェクトをハーフトーン処理することが可能であるように、該一つ又はそれ以上のテーブルを一組のスレッシュホールドから計算することが有益的である。更に、優れた視覚的な結果を与える既知のスレッシュホールドアレイを本発明に関連して適用することが可能である。
本発明は任意の寸法及び範囲のスレッシュホールド値からなるスレッシュホールドアレイに対して実施可能である。
スレッシュホールドアレイの一つの要素は「スレッシュホールド」と呼ばれる。該スレッシュホールドはイメージからの基準(即ち、参照)グレイレベルと比較される。以下の例においては、基準グレイレベルがスレッシュホールドよりも低い場合にはそのピクセルは黒に着色されているものと仮定され、そうでない場合にはそのピクセルは白に着色されているものと仮定される。必要とされる数のスレッシュホールド値は、サンプル値の可能な数より一つ少ないものである。従って、イメージサンプルの範囲が〔0..255〕である場合には、範囲〔0..254〕におけるスレッシュホールド値は、全ての可能なイメージサンプル値に対し個別的なグレイレベルを与えることが必要とされる。従って、各イメージサンプルに対して8ビットが使用される場合には、各スレッシュホールドに対して8ビットを使用することが便利である。スレッシュホールド当たりより大きな量のメモリを使用することが可能であるが、それは必要とされることではない。より小さな量のメモリを使用することが可能であるが、このことはハーフトーン処理プロセスが達成することの可能なグレイレベルの数をイメージサンプルで特定可能なものよりもより小さな数へ制限する。
初期化に続いて、本ハーフトーン処理プログラムはイメージの予備処理を行う(ステップ104)。イメージの予備処理は、図4A−4Cに関して以下に説明する。
イメージが予備処理されると、本ハーフトーン処理プログラムはイメージ36の下側に存在する出力フレーム30における各タイル34に対して一連のハーフトーン処理ステップを繰返し行う(ステップ106)。各繰返しにおいて、単一の基準グレイレベルがタイル34に対して計算される(ステップ108)。基準グレイレベルが決定される態様はイメージの予備処理に依存し、且つ図4A−4Cに関して以下に説明する。次いで、本ハーフトーン処理プログラムはタイル34の位置に対応するテーブル40を決定する(ステップ110)。基準グレイレベルは、テーブルエントリを選択するためにテーブル40をインデックスさせるために使用される(ステップ112)。最後に、選択されたテーブルエントリからのパターン46が出力フレームのタイルピクセル内にコピーされる(ステップ114)。従って、方法100においては、タイル32内の全てのピクセル32が単一の動作で発生される。それと対比して、従来のハーフトーン処理ではタイル内の各ピクセルに対して個別的なスレッシュホールド比較又はテーブルルックアップを必要としていた。従って、例えば、タイルがM×N=2×2を有する矩形である場合には、ハーフトーン処理速度は約4の係数だけ改善される。タイルがM×N=4×4を有する矩形である場合には、速度は約16の係数だけ改善される。要するに、イメージの下側に存在する出力フレーム内の全てのピクセルは、グレイレベルに関するそれらの効果のために使用されるが、空間分解能の制御はMピクセルの幅及びNピクセルの高さのブロック内に量子化されている。
人間の観察者がM×Nピクセルより細かい空間的な詳細を見ることが可能であるか又は各M×Nピクセルタイルに対する単一の基準グレイレベルを決定することから発生する付加的なモアレパターンを知覚することが可能である場合には、出力の品質が劣化される場合がある。レーザプリンタ出力の場合には、人間の観察者は、通常、600ピクセル/インチにおける2×2ピクセルより細かいか又は1,200ピクセル/インチにおける4×4ピクセルより細かい空間的詳細を知覚することは不可能である。600ピクセル/インチにおけるほとんどの自然の場面の場合には、4×4ピクセルより細かい空間的詳細も知覚不可能である。例えばテキスト又はラインアートなどのその他の種類のイメージ内容の場合には、4×4ピクセルより細かい空間的詳細が劣化された品質を回避するために必要とされる場合がある。
スレッシュホールドアレイが規則的なハーフトーンドット幾何学的形状を発生する場合には、水平方向にM個のピクセル及び垂直方向にN個のピクセルの倍数において該規則的なドットを形成させ、且つM×Nピクセルタイルと整合させることが望ましい。なぜならば、このことは最良の視覚的な結果を与えるものと思われるからである。例えばアドビブリリアントスクリーンズに対するものなどの不規則的なハーフトーンドット幾何学的形状を使用することも優れた品質を与えるものと思われる。
上述したように、イメージをステップ104において予備処理し且つ基準グレイレベルをステップ108においてそのタイルに対して決定する。本方法の三つの択一的な具体例について図4A−4Cを参照して説明する。
図4Aを参照すると、ハーフトーン処理方法120は、イメージを格納するために必要とされるメモリがイメージの下側に存在する出力フレームを格納するために必要とされるメモリよりも一層小さいものである場合に、ハーフトーン処理方法120を使用することが可能である。方法120において、初期化の後に(ステップ122)、本ハーフトーン処理プログラムは、単に、そのイメージを出力装置のメモリ内にコピーすることによってフロントエンド処理を行う(ステップ124)。各ハーフトーン処理の繰返し期間中に(ステップ126)、本ハーフトーン処理プログラムは、出力フレームにおいてハーフトーン処理中のタイルの位置に対応するイメージ内の位置を計算する(ステップ128)。イメージ内の位置が決定されると、そのタイルに対する基準グレイレベルがタイルの上側に存在するサンプルから計算される(ステップ130)。その計算は、例えばポイントサンプリング、平均化、線形補間、及び双三次補間などの既知の方法に従って実施することが可能である。本プログラムはタイルの位置に対する適切なテーブルを決定し且つ基準グレイレベルに対応するテーブルエントリを選択し(ステップ132)且つ選択したテーブルエントリを出力フレーム内にコピーする(ステップ134)。
イメージと出力フレームラスター位置との間の関係が線形である場合(例えば、スケーリング、回転、及び並進運動がリニア即ち線形)、出力フレームラスター位置における変化と関連しているイメージラスター位置における変化を計算することが可能である。この線形の場合を例示するために、四つの符号付けした番号を示すためにF,G,H,Jを使用し、その各々は整数と小数部の両方を有している。数字F,G,H,Jは、出力フレームのX座標における1個のピクセルの各ステップがイメージラスターのX座標におけるF個のサンプル及びイメージラスターのY座標におけるG個のスキャンラインをステップ動作し且つ出力フレームのY座標における1スキャンラインの各ステップが、イメージラスターのX座標におけるH個のサンプル及びイメージラスターのY座標におけるJ個のスキャンラインをステップ動作するように選択される。次の位置へ移動するために、対応するステップは、それぞれ、M×Fサンプル、M×Gスキャンライン、N×Hサンプル、N×Jスキャンラインである。
図4Bを参照すると、イメージを格納するために必要とされるメモリが出力フレームの下側に存在する出力フレームを格納するために必要とされるメモリよりも大きい場合には、別のハーフトーン処理方法140を使用することが可能である。方法140においては、初期化の後に(ステップ142)、イメージラスターをスケーリングさせ、回転させ、並進運動させ、及び/又はクリッピングして、イメージサンプルを出力フレームのタイルと整合させる(ステップ144)。出力フレームの各M×Nピクセルタイルの場合には、基準グレイレベルが決定され、それはM×Nピクセルタイルの上側に存在するイメージサンプルの関数である(ステップ146)。その結果得られる再サンプルされたイメージは出力装置のメモリ内にコピーされる(ステップ148)。
M×Nピクセルタイルに対する基準グレイレベルは、例えばポイントサンプリング、平均化、線形補間、及び双三次補間などの既知の方法によってステップ146において決定することが可能である。例えばポイントサンプリングなどのある場合においては、これらの方法はM×Nピクセル領域のすぐ上のイメージサンプルのみに依存する。例えば双三次補間などのその他の場合においては、その計算はその他の近傍のイメージサンプルにも依存する場合がある。
各ハーフトーン処理の繰返しにおいて(ステップ150)、本ハーフトーン処理プログラムは、単に、再サンプルしたイメージから次の値をフェッチする(ステップ152)。この値は次の基準グレイレベルである。本プログラムは、出力フレーム内のタイルの位置に対して適切なテーブルを決定し且つテーブルエントリを選択するために基準グレイレベルを使用する(ステップ154)。最後に、本プログラムは選択したテーブルエントリを出力フレーム内にコピーする(ステップ156)。各繰返しにおいて、本プログラムはイメージの位置をインリメントさせる。方法140は、しばしば、バックエンドレンダリングにおいて方法120よりも一層速い。しかしながら、方法140は、ステップ144−146のエキストラな予備処理のために全体的にはより遅いものである場合がある。方法120及び140は、イメージが充分に小さいものである場合にのみ、出力フレームの1ビット/ピクセルよりも小さなメモリを必要とする。方法140の場合には、再サンプルしたイメージを保持するのに必要とされるメモリはイメージ寸法に拘らずに全てのM×Nピクセルに対して8ビットである。従って、M×Nが8よりも大きい場合には、再サンプルしたイメージは出力フレームよりも小さい。
図4A−4Bに示した方法は例示的なものであって全ての可能性を示すものではない。例えば、再サンプルすることなしにイメージを90度回転させるか、又は異なる分解能でそれを再サンプルすることが可能である。
図4Cを参照すると、別の方法160を使用して、ハーフトーン処理を実施するために必要とされるメモリを減少させることが可能である。この変形例においては、イメージをフロントエンド解釈期間中に再サンプルし、且つ8ビット基準グレイレベルをより小さなコードへ変換する。
スレッシュホールドプロセスは、各ピクセルの単調的な挙動を発生し、即ち、特定のピクセルは、そのスレッシュホールドより小さいイメージサンプルに対して常に白であり、且つそのスレッシュホールド以上のイメージサンプルに対して常に黒である。従って、全ての可能なパターンは、ピクセルを一つずつターンオンさせることによって得られる。従って、M×Nピクセル領域において発生することの可能なものは(M×N)+1個の異なるパターンに過ぎない。2×2領域の場合には、5個のパターンが存在しており、一方4×4領域の場合には、17個のパターンが存在している。従って、基準グレイレベル〔0..256〕を(M×N)+1個の値のみをとるコードと置換させることが可能である。この様なコードはlog2(M×N+1)ビットの格納部を必要とする。
方法160の初期化ステップにおいて、二組のテーブルが発生される(ステップ162)。一つのテーブルは基準グレイレベルをlog2(M×N+1)ビットのみを使用するコードへ変換させる。2番目のテーブルは該コードをピクセルパターンへ変換する。
初期化の後に(ステップ162)、該イメージを再サンプルし(ステップ164)且つ基準グレイレベルを、方法140のステップ144−146において記載したように各領域に対して計算する(ステップ166)。最後に、再サンプルしたイメージを出力装置のメモリへコピーする(ステップ168)。
各繰返しにおいて(ステップ170)、本ハーフトーン処理プログラムは、再サンプルしたイメージから次の基準レベルをフェッチする(ステップ172)。該基準グレイレベルは、第一テーブルによって、コードへ変換され(ステップ174)、且つそのコードは第二テーブルによってパターンへ変換される(ステップ176)。最後に、そのパターンは出力フレーム内にコピーされる(ステップ178)。
この変形例においては、バックエンドレンダリングは、各テーブルが単にM×N+1個のエントリを有するに過ぎないテーブルルックアップと共にステップ176−178において実施することが可能である。このメモリの減少は、以下の表において示されており、それは完全にハーフトーン処理された出力フレーム、方法140、方法160に対するM×Nピクセル領域当たりのビット数を与える。
方法160は、大略、方法140よりも再サンプルしたイメージを格納するためにより少ないメモリを必要とする。しかしながら、オリジナルのイメージが出力フレームよりも著しく低い分解能である場合には、方法120は方法140又は160の何れよりも少ないメモリを必要とする。グレイレベル当たり8ビットからより小さなコードへの再コーディングは、より大きなテーブルを使用し且つより高速のバックエンドレンダリングを達成するために繰返し当たりより多くのピクセルを発生することを実際的なものとしている。速度の改善は、レースレンダリングを許容するのに充分なものである場合がある。更に、フレームバッファに対する必要性を取除くことによって、必要とされるメモリにおける減少は、出力装置メモリの全体的なメモリにおける減少を可能としている。
図4A及び4Bの方法においては、テーブルを寄せ集めることが可能であるが、結果的に寄せ集められたテーブルは途轍もなく大きいものである場合がある。例えば、二つの並んでいる8ビットイメージサンプルの場合に、長さ256×256=65,536個のエントリからなるテーブルが必要とされる。それに対比して、図4Cの方法においては、寄せ集められたテーブルは25個のエントリ(M×N=2×2に対して)又は289個のエントリ(M×N=4×4に対して)を有している。
方法160は、方法120又は140がイメージをレースレンダリングするのに充分に高速なものではないか、又はメモリの減少が所望される場合に使用することが可能である。しかしながら、方法160におけるエキストラなテーブル参照は、フロントエンド解釈+バックエンドレンダリングに対する全体的な時間を方法120又は140の場合よりも一層長いものとさせる場合がある。
方法160はグレイレベルの関数として発生する異なるパターンの数が8ビット基準グレイレベルよりも小さい場合に効果的に使用することが可能であり、それは(M×N)+1程度に小さいものである必要はない。
イメージが出力フレーム内に合体される上部、底部、左、右エッジは、既知の方法に従って取扱うことが可能である。
同様に、イメージが出力フレームのその他の内容によってクリップされるか又は混合される場合には、クリッピング及びトランスペアレンシ(透明画)を既知の方法に従って取扱うことが可能である。クリッピング及び/又はトランスペアレンシを取扱うステップは、ハーフトーン処理ステップと分散させることが可能であり、又はそれらはハーフトーン処理ステップに先行するか又は追従することが可能である。
グリフ、フィル、ストローク、及びその他のグラフィックオブジェクトは、イメージと同一のハーフトーン処理したスレッシュホールドアレイ又はその他の技術でハーフトーン処理することが可能である。グラフィックオブジェクトのハーフトーン処理は、イメージのハーフトーン処理と異なっている。なぜならば、グレイ値で数学的アウトライン即ち輪郭をフィル即ち充填することは一つの点においてイメージをサンプリングすることと同じではないからである。しかしながら、本発明は、グリフ、フィル、ストローク、又はその他のグラフィックオブジェクトをハーフトーン処理するために使用することが可能である。本発明のために作成したテーブルは、数学的アウトラインから基準グレイレベルを決定するプログラムによって使用することも可能である。
グラフィックオブジェクトをハーフトーン処理する場合には、フロントエンド解釈期間中にグレイレベルによってカラー化即ち着色される数学的アウトラインを、一組のイメージサンプル値によって置換することが可能である。次いで、同様のバックエンドレンダリングを実施することが可能である。一方、基準グレイレベルは、イメージサンプル値からではなく充填されているアウトライン即ち輪郭から決定することが可能である。
本発明の6個の実施例(変形例A−Fとして示してある)について以下に説明する。変形例Aは本発明の一般的な実施例である。変形例B及びCはより多くの平行性を使用する変形例Aを洗練したものである。変形例BはM×N=2×2ピクセルタイルを使用する。変形例CはM×N=4×4ピクセルタイルを使用する。変形例Dは、図4Cの方法を使用する本発明の一般的な実施例である。変形例E及びFは変形例Dを洗練したものであり、それらは、それぞれ、M×N=2×2ピクセルタイル及び4×4ピクセルタイルを使用する。
変形例A(M×N)
図5A及び6A−6Cを参照すると、変形例Aのハーフトーン処理方法200においては、ハーフトーン処理プログラムはワンタイムの初期化で開始する。その初期化において、ハーフトーン処理プログラムは、水平方向においてそれがM個のピクセルの幅の倍数となるまで且つ垂直方向においてそれがN個のピクセルの高さの倍数となるまで、スレッシュホールドアレイ50を繰返す(ステップ202)。この繰返しの結果は繰返し型スレッシュホールドアレイ60(即ちRTA)と呼ばれる。図6A−6Cにおいて、そのスレッシュホールドアレイは4×4ピクセル正方形として示してあり且つRTAはM=3及びN=4に対して示してある。しかしながら、これらの値は単に例示的なものである。
RTAは領域70a−70dへ分割される。各領域はM×Nピクセル矩形である(ステップ204)。図5A及び7Aを参照すると、一つのテーブル270a−270dがRTA60における各領域70a−70dに対して作成される(ステップ206)。各テーブルは各可能な基準グレイレベル274に対するエントリ272を有している。各エントリ272はその領域における各ピクセルが同一の基準グレイレベルを有するものとの仮定で計算されたパターン276を有している。従って、各テーブルエントリ272はインデックスされたグレイレベルを持ったM×Nピクセル領域に対してM×Nピクセルハーフトーンパターンを有している。
RTA60がWピクセルの幅であり且つHピクセルの高さである場合には、初期化において形成されたテーブルエントリ272の総数は以下の通りである。
(W/M)×(H/N)テーブル×256エントリ数/テーブル
=(W×H×256)/(M×N)エントリ数
各パターン276はM×Nビットを保持する。
該テーブルは、装置の製造期間中に予め特定した組のスレッシュホールドに対して作成し且つROM内に格納するか、又はそれらを該装置の動作期間中に作成し且つRAM内に格納することが可能である。
イメージをハーフトーン処理するために、そのイメージを予備処理する(ステップ208)。該イメージは、単に、イメージ分解能においてイメージサンプルをバッファ処理することによって予備処理することが可能である。一方、本ハーフトーン処理プログラムは、水平方向において装置分解能の1/M倍及び垂直方向において装置分解能の1/N倍においてイメージをサンプルすることが可能である。次いで、その再サンプルされたイメージを、該サンプルがM×N個のタイルにおけるピクセルと整合するように、出力ピクセルと整合させることが可能である。
本ハーフトーン処理プログラムは、イメージ下側の各M×Nピクセルタイルに亘って繰返し動作する(ステップ210)。各繰返しにおいて、本ハーフトーン処理プログラムはそのタイルに対するイメージ基準グレイレベルを決定し(ステップ212)、M×Nタイルの位置に対応するテーブル270を決定し、その基準グレイレベルを使用してテーブル270をインデックスし(ステップ214)、且つM×Nビットパターン276を出力フレーム内のタイルへコピーする(ステップ216)。
ステップ210の繰返しは、イメージ下側の出力フレームにおけるN個のスキャンラインユニットに亘る外側ループ、出力フレーム内へハーフトーンパターンのN個のレジスタを格納する中間ループ、及びM×N個のビットテーブルエントリを別々に採取することによって一度にN個のレジスタ及びM個のビットにおける値を構成する内側ループとして配設させることが可能である。このことは、コンピュータのワード寸法がMビットの倍数である場合に実施することが効率的である場合がある。
イメージがステップ208期間中に再サンプルされると、タイル上において一つのイメージサンプルが存在するに過ぎない。このサンプルの値は、ステップ217に対する基準グレイレベルとして使用することが可能である。この場合には、基準グレイレベルを決定するための選択又は混合がステップ208期間中に発生する。
レースハーフトーン処理の場合には、イメージがステップ208を介して完全に処理され且つメモリ内に保存される。次いで、ステップ210−216がレース期間中に実施され、一方ステップ208の結果はメモリからフェッチされる。
ハーフトーン処理速度を増加させるために、幾つかのM×Nピクセル領域の結果をレジスタを別々に採取し且つ結果を出力フレーム内に配置させる前にレジスタ内に集めることが可能である。変形例B及びCはこの考えを使用したより高速の実施例である。
変形B(M×N=2×2)
変形例BはM×N=2×2ピクセルタイルに対する本発明の一実施例である。変形例Bはテーブルに対する繰返し当たり2バイト単位を使用する。
図5Bを参照すると、変形例Bのハーフトーン処理方法220において、本ハーフトーン処理プログラムは、それが8個のピクセルの倍数の幅となるまで水平方向において且つRTAを発生するためにそれが2個のピクセルの倍数の高さとなるまで垂直方向においてスレッシュホールドアレイを繰返す即ち複製することによって初期化を開始する(ステップ222)。
次いで、そのRTAを4個の領域へ分割し、各領域は8個のピクセル幅で且つ2個のピクセル高さである(ステップ224)。4個のテーブルが各8×2ピクセル領域に対して作成される(ステップ226)。特に、1個のテーブルが8×2ピクセル領域における各2×2ピクセルサブ領域に対して形成される。これらのテーブルはRTAの2×2ピクセルサブ領域の下側に存在する出力フレームの2×2ピクセルタイルにおける各ピクセルが同一の基準グレイレベルを有するという仮定で計算される。各テーブルは8ビット基準グレイレベル上でインデックスされ、且つ各テーブルエントリはインデックスグレイ値によって着色された2×2ピクセルブロックに対する4ピクセルハーフトーンパターンを有している。しかしながら、これら4個のテーブルは以下の如くにパターンを表わす4個のビットの位置において異なっている。
テーブルB0: AA000000 aa000000
テーブルB1: 00BB0000 00bb0000
テーブルB2: 0000CC00 0000cc00
テーブルB3: 000000DD 000000dd
2バイトは各テーブルエントリに対する4ピクセルハーフトーンパターンを保持し、2×2ピクセルサブ領域の第一スキャンラインに対する二つの結果ピクセルが一つのバイト内にあり且つ2×2ピクセルサブ領域の2番目のスキャンラインに対する二つの結果ピクセルが他方のバイト内にある。各2×2ピクセルサブ領域に対するテーブルは整合された各スキャンラインに対する結果ピクセルを表わすビットを有しており、従って、該テーブルが加算されると、それらは第一スキャンラインに対して一つのバイトで8個のピクセルを発生し且つ第二スキャンラインに対して別のバイトにおいて8個のピクセルを発生する。
RTAの寸法はWピクセル幅であり且つHピクセル高さである場合には、全てのテーブルに対する全体的なメモリは(W/2)×(H/2)×256エントリ×2バイト/エントリ=W×H×128バイトである。
本ハーフトーン処理プログラムはステップ208に関して説明したようにイメージを実質的に予備処理する(ステップ228)。
イメージをハーフトーン処理するために、外側ループが各8×2領域に対して繰返し動作する(ステップ230)。内側ループは、四つの並列した2×2ピクセルサブ領域の各々に対して繰返す(ステップ232)。各繰返しにおいて、本ハーフトーン処理プログラムは2×2サブ領域に対する基準グレイレベルを決定する(ステップ234)。該基準グレイレベルは、ステップ226期間中に作成された適宜のテーブルをインデックスするために使用される(ステップ236)。該四つのサブ領域からのテーブルエントリは加算レジスタにおいて加算される(ステップ237)。テーブルエントリにおけるビットのアライメントのために、その和は1バイトにおいて第一スキャンラインに対する8個のピクセルを形成し且つ第二バイトにおいて第二スキャンラインに対する8個のピクセルを形成する。従って、16ビットの結果が以下のように表われる。
和: AABBCCDD aabbccdd
最後に、完全なバイトが両方のスキャンラインに対する和レジスタ内にロードされると、該レジスタからのバイトは出力フレームの二つのスキャンライン内にコピーされる(ステップ238)。
ステップ230−238の繰返しは、イメージ下側の出力フレームにおける二つのスキャンラインに亘る外側ループ、二つのスキャンライン内にハーフトーン結果の二つのレジスタを格納する中間ループ、及び16ビット和を別個に採取することによって一度に8個のビットずつ該二つのレジスタ内に値を構築する内側ループとして配設することが可能である。このことは、コンピュータワード寸法が8ビットの倍数である場合には容易に配設することが可能である。
変形例Bは従来のハーフトーン処理が1個のピクセルを決定するために使用するのとほぼ同じ量の計算を使用してテーブルルックアップ当たり4個のピクセルを決定するので、それは約4倍速くラン即ち稼動する。
ハーフトーン結果がどの様にして組立てられるかの詳細は全体的な速度に著しく影響を与える場合がある。変形例Aの場合におけるように、ハーフトーン速度は、ハーフトーン結果を出力フレーム内に格納する前に、完全なワードのハーフトーン結果を二つのレジスタ内に蓄積することによって増加させることが可能である。又、ステップ230−238は、各々がテーブルエントリ当たり16ビットであるテーブルエントリの四つの加算を使用してスキャンライン当たり8ビットの場合に対して例示している。しかしながら、32ビットワード寸法のコンピュータ上においては、32ビットテーブルエントリを使用し且つ8個の加算を行うことによってスキャンライン当たり16個のビットを蓄積することが可能であり、又は64ビットワード寸法コンピュータ上においてはスキャンライン当たり32ビット蓄積することが可能である。これらのステップの詳細は、コンピュータワード寸法、レジスタの数、メモリバスの速度及びその他の装置特性に従って変化する。
変形例C(M×N=4×4)
変形例Cは、M×N=4×4ピクセルタイルに対する発明の一実施例である。変形例Cは繰返し当たり4バイト単位を使用する。
図5Cを参照すると、変形例Cのハーフトーン処理方法240は、それが水平方向において8個のピクセルの倍数の幅となるまで且つ垂直方向においてそれが4個のピクセルの倍数の高さとなるまでスレッシュホールドアレイを繰返し即ち複製することによってRTAを発生することにより初期化を開始する(ステップ242)。RTAを8×4ピクセル領域へ分割する(ステップ244)。各8×4ピクセル領域に対して二つのテーブルを作成する(ステップ246)。特に、8×4ピクセル領域における各4×4ピクセルサブ領域に対して1個のテーブルを作成する。該テーブルは、RTAの4×4ピクセルサブ領域の下側に存在するピクセルは同一の基準グレイレベルを有するとの仮定で作成される。各テーブルは8ビット基準グレイレベル上でインデックスされる。各テーブルエントリは、その4×4ピクセルサブ領域に対して16ピクセルハーフトーンパターンを有している。これら二つのテーブルは、以下の如くに、16個の結果ピクセルの位置において異なっている。
テーブルC0: AAAA0000 BBBB0000 CCCC0000 DDDD0000
テーブルC1: 0000aaaa 0000bbbb 0000cccc 0000dddd
4バイトは各テーブルエントリに対して16ピクセルハーフトーンパターンを保持し、対応するテーブルバイトにおける4×4ピクセルサブ領域の各スキャンラインに対して4個の結果ピクセルが存在している。各4×4サブ領域に対するテーブルは整合されたパターンを表わすビットを有しており、従って、テーブルが加算されると、それらは4本のスキャンラインの各々に対し1バイトにおいて8個のピクセルを発生する。
RTAの寸法がWピクセル幅×Hピクセル高さである場合には、全てのテーブルに対する全メモリは(W/4)×(H/4)×256エントリ×4バイト/エントリ=W×H×64バイトである。
本ハーフトーン処理プログラムはステップ208において説明したようにイメージを実質的に予備処理する(ステップ248)。
イメージをハーフトーン処理するためには、外側ループが各8×4ピクセル領域に対して繰返す(ステップ250)。内側ループは、二つの並列した4×4ピクセルサブ領域の各々に対して繰返す(ステップ252)。各繰返し上で、本ハーフトーン処理プログラムは、4×4ピクセルサブ領域に対する基準グレイレベルを決定する(ステップ254)。基準グレイレベルは、ステップ246期間中に作成された適宜のスレッシュホールドアレイテーブルをインデックスするために使用される(ステップ256)。二つのサブ領域に対するテーブルエントリは加算レジスタにおいて加算される(ステップ257)。テーブルエントリにおけるビットのアライメントのために、該和は4本のスキャンラインの各々に対して1バイトにおいて8個のピクセルを形成する。従って、32ビット結果は以下のように表われる。
和: AAAAaaaa BBBBbbbb CCCCcccc DDDDdddd
最後に、完全なバイトが4本のスキャンラインの全てに対する加算レジスタ内にロードされると、該レジスタからのバイトは出力フレームの4本のスキャンライン内にコピーされる(ステップ258)。
ステップ250−258の繰返しは、イメージ下側にある出力フレームにおける4本のスキャンラインに亘っての外側ループ、4個のレジスタのハーフトーン結果を出力フレーム内に格納する中間ループ、且つ32ビットの和を別個に採取することによって一度に8ビットずつ4個のレジスタ内に値を構成する内側ループとして配設することが可能である。このことは、コンピュータのワード寸法が8ビットの倍数である場合には容易に配設することが可能である。
変形例Cは従来のハーフトーン処理が1個のピクセルを決定するために使用するのとほぼ同じ量の計算を使用してテーブル参照当たり16個のピクセルを決定するので、それはほぼ16倍速くラン即ち稼動する。
ハーフトーン結果を組立てることの詳細は、全体的な速度に著しく影響を与える。変形例A及びBのように、ハーフトーン処理速度は、完全なワードのハーフトーン結果をそれらを出力フレーム内に格納する前に4個のレジスタ内に蓄積することによって増加させることが可能である。又、ステップ250−258は、テーブルエントリの二つの加算を使用するスキャンライン当たり8個のビットに対して例示したものである。しかしながら、64ビットワード寸法のコンピュータ上においては、64ビットテーブルエントリを使用し且つ4個の加算を行うことによってスキャンライン当たり16個のビットを蓄積することが可能である。これらのステップの詳細は、コンピュータのワード寸法、レジスタの数、メモリバスの速度及びその他の装置特性に従って変化する。
変形例D(M×N)
図5D及び7B−7Cを参照すると、変形例Dのハーフトーン処理方法300は、RTAを形成するためのスレッシュホールドアレイを繰返し即ち複製することによって初期化を開始する(ステップ302)。RTAをスレッシュホールド領域へ分割する(ステップ304)。各スレッシュホールド領域はM×Nピクセル矩形である。
次いで、第一テーブル370がRTAにおける各領域に対して作成される(ステップ306)。各テーブル370は、M×Nピクセル領域におけるピクセルは同一の基準グレイレベルを有するものとの仮定で作成される。各テーブル370において、8ビット基準グレイレベル374がインデックスである。テーブル370の各エントリ372はコード376を包含している。コード376は〔0..M×N〕の範囲内の整数とすることが可能である。特に、そのコードは、タイル内の黒ピクセルの数を表わすことが可能である。Wピクセル個の幅で且つHピクセル個の高さであるRTAの場合には、テーブルエントリ372の総数はW/M×H/N×256である。テーブル370における各エントリ372は〔0..M×N〕の範囲内の数字を保持し、それはlog2(M×N+1)ビットを必要とする。M及びNが小さい場合には、これは基準グレイレベルを保持するのに必要とされる8ビット未満である。
本ハーフトーン処理プログラムは、又、RTA内の各領域に対して第二テーブル380を作成する(ステップ308)。第二テーブル380は、第一テーブル370からの各コード376に対するエントリ382を有している。第二テーブルは、コード384上でインデックスさせることが可能である。第二テーブル380からの各エントリ382は、コード384に対応するM×Nピクセルハーフトーンパターン386を包含している。
Wピクセル個の幅でHピクセル個の高さであるRTAの場合には、第二組のテーブルに対するテーブルエントリの数は次の通りである。
(W/M)×(H/N)テーブル数×((M×N)+1)エントリ数/テーブル
=(W×H×((M×N)+1))/(M×N)エントリ数
それはW×Hエントリ数よりも僅かに大きい。各テーブルエントリはM×Nビット数を有している。
予備処理においては、イメージを再サンプルし、従ってM×NピクセルタイルはRTAのM×Nスレッシュホールド領域と整合される(ステップ310)。
イメージをハーフトーン処理するためには、本ハーフトーン処理プログラムは、イメージの下側にある各M×Nピクセルタイルに対して動作を繰返す(ステップ312)。各タイルに対して、本ハーフトーン処理プログラムは、イメージから基準グレイレベルを決定し(ステップ314)、RTAにおけるタイルの位置に対応する適切なテーブルを決定し、且つ第一テーブル370を使用することによって基準グレイレベルをコード376へ変換する(ステップ316)。次いで、本プログラムは、該コードを第二テーブル380を使用することによって完全にハーフトーン処理したパターンへ変換する(ステップ317)。次いで、このパターンは出力フレームのM×Nピクセルタイル内へコピーする(ステップ318)。
レースハーフトーン処理の場合、ステップ314−316の結果はフロントエンド解釈の終わりにおいてメモリ内に保存される。次いで、バックエンドレンダリングがメモリから各コードをフェッチし且つステップ317−318を実行する。M及びNの値が小さい場合には、ステップ317−318に対して必要とされるメモリの量はステップ208に対して必要とされるものよりも一層小さい。ステップ312−318の速度は、ステップ210−216の速度とほぼ同じである。
変形例Dは出力フレーム内にそのピクセルをコピーするためにステップ317においてフェッチしたテーブルエントリを別個に採取せねばならない。
変形例E(M×N=2×2)
図5Eを参照すると、変形例Eのハーフトーン処理方法320が、水平方向において8個のピクセルの倍数の幅となるまで且つ垂直方向において2個のピクセルの倍数の高さとなるまでスレッシュホールドアレイを繰返すことによって初期化を開始しRTAを発生する(ステップ322)。次いで、RTAを8×2ピクセル領域へ分割する(ステップ324)。本プログラムは各8×2ピクセル領域に対して四つのテーブルを作成する。特に、本プログラムは、RTAの2×2サブ領域の下側に存在する各ピクセルが同一の基準グレイレベルによってカラー化即ち着色されるという仮定で8×2領域における各2×2スレッシュホールドサブ領域に対して一つのテーブルを作成する(ステップ326)。第一組のテーブルにおいて、8ビット基準グレイレベルはテーブルインデックスであり、且つ該テーブルエントリは2×2完全にハーフトーン処理したパターンにおける黒ピクセルのスケーリングした数を包含している。各サブ領域における黒ピクセルの基本数は〔0..4〕の範囲内のものである。テーブルエントリの場合には、それぞれU0,U1,U2,U3によって指定される4個のサブ領域に対する黒ピクセルの基本数は以下の如くにスケーリングされる。
テーブルE0: U0
テーブルE1: U1×5
テーブルE2: U2×25
テーブルE3: U3×125
従って、RTAの各8×2領域に対して、本ハーフトーン処理プログラムは第二テーブルを作成し、それはテーブルE0,E1,E2,E3の各々から1個のエントリを加算する結果である〔0..624〕の範囲内の数字によってインデックスされる(ステップ328)。第二テーブルにおける各エントリは8×2領域に対する完全にハーフトーン処理した16ビットパターンを包含している。
本ハーフトーン処理プログラムがイメージを受取ると、そのイメージは再サンプルされて出力フレームのタイルをRTAと整合させる(ステップ330)。
該イメージをハーフトーン処理するためには、本プログラムは再サンプルしたイメージの下側にある出力フレームの各8×2ピクセル領域に亘って繰返し実行する(ステップ332)。各繰返しにおいて、本ハーフトーン処理プログラムは、各2×2サブ領域に対する基準グレイレベルを決定する(ステップ333−334)。その基準グレイレベルは、対応するテーブルE0,E1,E2,又はE3におけるエントリをルックアップするために使用される(ステップ335)。これら四つのテーブルエントリが加算されて〔0..624〕の範囲内のコードを得る(ステップ336)。
そのコードは第二テーブルを使用して8×2ピクセル領域に対する完全にハーフトーン処理されたパターンへ変換される(ステップ337)。次いで、このパターンは出力フレームの8×2ピクセルタイルへコピーされる(ステップ338)。
レースハーフトーン処理の場合には、ステップ334−336の結果はフロントエンド解釈の終わりにおいてメモリ内に保存される。ステップ334−336に対して必要とされるメモリは僅かに9ビットを超えるものであり、それは出力フレームの8×2ピクセル領域を保持するために必要とされる16ビットよりも小さいものである。次いで、バックエンドレンダリングがメモリから各コードをフェッチし且つステップ337−338を実行する。バックエンドレンダリングは、変形例Bよりも約4倍速く且つ従来の技術よりも約16倍速い。
変形例F(M×N=4×4)
図5Fを参照すると、変形例Fのハーフトーン処理方法340は、水平方向において8個のピクセルの倍数の幅となるまで且つ垂直方向において4個のピクセルの倍数の高さとなるまでスレッシュホールドアレイを繰返すことによって開始しRTAを発生する(ステップ342)。
次いで、本プログラムはRTAを8×4ピクセル領域へ分割する(ステップ334)。第一テーブルが各8×4領域における各4×4ピクセルサブ領域に対して作成される(ステップ346)。各第一テーブルは8ビットグレイレベル上でインデックスされる。各エントリは黒ピクセルのスケーリングした数を包含している。黒ピクセルの基本数は、4×4サブ領域下側の出力フレームの各ピクセルが同一の基準グレイレベルを有するものと仮定して計算される。この黒ピクセルの基本数は〔0..16〕の範囲内のものである。テーブルエントリに対して、S0及びS1によってそれぞれ指定される二つのサブ領域に対する黒ピクセルの基本数は以下の如くにスケーリングされる。
テーブルF0: S0
テーブルF1: S1×17
従って、RTAの各8×4ピクセル領域に対して、本ハーフトーン処理プログラムは第二テーブルを作成し、それはテーブルF0及びF1の各々から1個のエントリを加算する結果である〔0..288〕の範囲内の数字によってインデックスされる(ステップ348)。第二テーブルからの各テーブルエントリは、8×4ピクセル領域に対して完全にハーフトーン処理した32ビットパターンを包含している。
従って、32ビットテーブルエントリは4本のスキャンラインの各々に対し完全にハーフトーン処理したパターンの1バイトを包含している。各バイト内において、8×4ピクセル領域の第一4×4ピクセルサブ領域からの4個のビット及び第二4×4ピクセルサブ領域からの4個のビットが存在している。
本ハーフトーン処理プログラムがイメージを受取ると、そのイメージは再サンプルされて出力フレームの各8×4タイルをRTAの8×4ピクセル領域と整合させる(ステップ350)。
該イメージをハーフトーン処理するために、本プログラムは、再サンプルしたイメージの下側の出力フレームの各8×4ピクセル領域に亘って繰返し実行する(ステップ352)。各繰返し上で、本ハーフトーン処理プログラムは二つの4×4サブ領域に対する基準グレイレベルを決定する(ステップ354)。該基準グレイレベルは、該二つのサブ領域に対応するテーブルに対する対応するコードエントリを得るために使用される(ステップ355)。該二つのテーブルエントリは加算されて〔0..288〕の範囲内の一つのコードを得る(ステップ356)。
本ハーフトーン処理プログラムは、第二テーブルを使用することによって、該コードを8×4ピクセル領域に対する完全にハーフトーン処理したパターンへ変換する(ステップ357)。次いで、該パターンは出力フレームの8×4ピクセルタイルへコピーされる(ステップ358)。レースハーフトーン処理のために、ステップ354−356の結果がフロントエンド解釈の終わりにおいてメモリ内に保存される。ステップ354−356に対して必要とされるメモリは僅かに8ビットを超えるものであり、それは出力フレームの8×4ピクセルタイルを保持するために必要な32ビットよりも小さいものである。バックエンドレンダリングは変形例Cよりも約2倍速い。更に、バックエンドレンダリングは繰返し当たり1個のピクセルと比較して、繰返し当たり32個のピクセルを計算する。繰返しは約2倍多い計算を必要とするので、全体的な速度の改善は約16倍である。
コードが僅かに8ビットよりも大きいという事実は32ビットワード寸法のコンピュータ上では不便である。便利なメモリパッキング寸法は2の羃である。変形例Fの各テーブルエントリに対するメモリ条件を8ビットへ減少させることが望ましい場合がある。一つの方法は、各4×4ピクセルサブ領域を変形例Fによって必要とされる17の代わりに単に16個の値へ制限することである。例えば、本ハーフトーン処理プログラムは、各4×4サブ領域が1個の複製されたスレッシュホールドを有することを必要とすることが可能である。一方、本プログラムは、二つの4×4サブ領域のうちの一つが二つの複製されたスレッシュホールドを有することを必要とすることが可能である。これらの条件のうちの何れかが課される場合には、修正されたテーブルF0及びF1からのエントリの和は8ビット内に格納することが可能である。
図8を参照すると、本発明は、プログラムされた汎用コンピュータシステム400上で実現することが可能である。コンピュータシステム400は、デジタルコンピュータ402(例えば、パソコン又はワークステーション)、ディスプレイ404、大量記憶装置406(例えば、フロッピーディスクドライブ、ハードディスクドライブ、CD−ROMドライブ、又はMOディスクドライブ)、キーボード408、マウス410又はその他のポインタ装置(例えば、入力タブレット)を有している。コンピュータ402は従来の構成のものであり且つメモリ412と、プロセサ414と、例えばメモリバス及び周辺バス(不図示)などのその他の従来の構成要素を有している。コンピュータ402は、更に、通信ハードウエア及びプログラム(不図示)を有しており、それによって、コンピュータシステム400は通信リンク416を介して他のコンピュータ418へ接続しコンピュータネットワークを形成することが可能である。コンピュータシステム400は本発明のハーフトーン処理方法を使用して出力装置上にイメージを表示し、印刷し又はその他の態様で発生させるためのプログラムを有している。該プログラムは、単一のコンピュータ上に中央集権化させることが可能であり、又は、それはコンピュータネットワークに亘って分散させることが可能である。
Claims (15)
- 出力装置上でハーフトーン出力を発生させる方法において、
一つを超えるピクセルを包含する出力フレームの一つの領域に対してグレイレベルをハーフトーン結果と関連付ける複数個のテーブルを検索し、
人間の観察者が知覚不可能な空間的詳細に対応する数のピクセルからなるマトリクスを含む出力フレームの各タイルに対しイメージの複数個のピクセルから前記各タイルに対しての単一の基準グレイレベルを決定し、
該出力フレーム内の該タイルの位置を決定し、
該タイルの位置に基づいて該複数個のテーブルから一つのテーブルを選択し、
該選択したテーブルを使用して該基準グレイレベルに対するハーフトーン結果を決定し、
該基準グレイレベルに対するハーフトーン結果を該出力フレームのタイルへ格納し、
該出力フレームを該出力装置へデリバする、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1において、更に、一組のスレッシュホールドから前記複数個のテーブルを発生することを包含する方法。
- 請求項2において、前記一組のスレッシュホールドがスレッシュホールドアレイである方法。
- 請求項1において、前記タイルが矩形状である方法。
- 請求項4において、前記タイルが2×2ピクセルである方法。
- 請求項4において、前記タイルが4×4ピクセルである方法。
- 請求項1において、前記複数個のテーブルの各々が、グレイレベルをコードと関連付けする第一テーブル及びコードをハーフトーン結果と関連付ける第二テーブルを有しており、且つ前記選択したテーブルを使用することが、前記第一テーブルの場合に前記基準グレイレベルを基準コードへ変換させること及び前記第二テーブルの場合に前記基準コードを前記基準グレイレベルに対するハーフトーン結果へ変換させることを包含している方法。
- 請求項7において、前記基準グレイレベルを基準コードへ変換させることが、フロントエンド解釈期間中に発生し、且つ前記基準コードを前記ハーフトーン結果へ変換することがバックエンドレンダリング期間中に発生する方法。
- 請求項7において、前記第二テーブル内に含まれるコードが前記領域における黒ピクセルの数を表している方法。
- 請求項7において、更に、前記基準コードを圧縮することを包含している方法。
- 請求項1において、更に、前記基準グレイレベルを圧縮することを包含している方法。
- 請求項1において、更に、前記出力装置においてレースハーフトーン処理を行うことを包含している方法。
- 出力装置上でハーフトーン出力を発生する方法において、
出力フレームを複数個のタイルへ分割し、各タイルは人間の観察者が知覚不可能な空間的詳細に対応する数のピクセルからなるマトリクスを有しており、
前記出力フレームの領域に対してグレイレベルをハーフトーン結果と関連付けする複数個のテーブルを検索し、前記領域は一つを超えるピクセルを有しており、
各タイルに対して、
イメージ内の複数個のピクセルから前記各タイルに対しての単一の基準グレイレベルを決定し、
前記出力フレーム内の前記タイルの位置を決定し、
前記タイルの位置に基づいて前記複数個のテーブルの内の一つのテーブルを選択し、
前記選択したテーブルを使用して前記基準グレイレベルに対するハーフトーン結果を決定し、且つ
前記基準グレイレベルに対する前記ハーフトーン結果を前記出力フレームの前記タイルへ格納し、且つ
前記出力フレームを前記出力装置へデリバする、
ことを包含している方法。 - 出力装置上でハーフトーン出力を発生する方法において、
イメージを受取り、
出力フレームを複数個のタイルへ分割し、各タイルは人間の観察者が知覚不可能な空間的詳細に対応する数のピクセルからなるマトリクスを有しており、
グレイレベルをコードと関連付ける第一複数個のテーブルを検索し、
一つを超えるピクセルを有する領域に対してコードをハーフトーン結果と関連付けする第二複数個のテーブルを検索し、
各タイルに対して、
前記出力フレーム内の前記タイルの位置を決定し、
前記出力フレーム内の前記タイルの位置に基づいて前記第一複数個のテーブルから一つのテーブルを及び前記第二複数個のテーブルから一つのテーブルを選択し、
前記出力フレームにおける前記タイルの位置に対応する前記イメージの部分に基づいて前記イメージの複数個のピクセルから前記各タイルに対して単一の基準グレイレベルを決定し、
前記第一複数個のテーブルから前記選択したテーブルを使用して前記基準グレイレベルをコードへ変換し、
前記第二複数個のテーブルからの前記選択したテーブルを使用して前記コードをハーフトーン結果へ変換し、
前記ハーフトーン結果を前記出力フレームの前記タイルへ格納し、且つ
前記出力フレームを前記出力装置へデリバする、
ことを包含している方法。 - 出力装置上でハーフトーン出力を発生するプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、本プログラムは、コンピュータをして、
一つを超えるピクセルを有する出力フレームの領域に対してグレイレベルをハーフトーン結果と関連付けする複数個のテーブルを検索させる手段、
人間の観察者が知覚不可能な空間的詳細に対応する数のピクセルからなるマトリクスを有する出力フレームの各タイルに対しイメージの複数個のピクセルから前記各タイルに対しての単一の基準グレイレベルを決定させる手段、
前記出力フレーム内の前記タイルの位置を決定させる手段、
前記タイルの位置に基づいて前記複数個のテーブルの内の一つを選択させる手段、
該選択したテーブルを使用して前記基準グレイレベルに対するハーフトーン結果を決定させる手段、
前記基準グレイレベルに対するハーフトーン結果を前記出力フレームの前記タイルへ格納させる手段、且つ
前記出力フレームを前記出力装置へデリバさせる手段、
として機能させるコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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