JP4548251B2

JP4548251B2 - テクスチャを抑制した画像形成装置

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Publication number: JP4548251B2
Application number: JP2005202172A
Authority: JP
Inventors: 誠小林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: JP2007020117A

Description

本発明は，多階調の入力階調データからドットの有無を示す画像再生データを生成する画像処理ユニットを有する画像形成装置に関し，特に，画像再生データにより生成される画像のテクスチャを抑制した画像形成装置に関する。

プリンタや複写機などの電子写真技術を利用した画像形成装置は，入力多階調データからドットの有無を示す画像再生データ（二値化データ）を生成する画像処理ユニットを内蔵する。かかる画像処理ユニットは，スクリーン処理により入力多階調データを画像再生データに変換する。スクリーン処理は，一般的にディザ法により行われ，二次元マトリクス上に閾値を配置した閾値マトリクスを参照して，入力階調値と閾値マトリクス内の対応する閾値とを比較し，比較結果に応じてドット有り又はドットなしの画像再生データを生成する。画像再生データはパルス幅変換されて印刷エンジンに供給され，電子写真技術により画像が形成される。

形成される画像のドットの位置が，閾値マトリクスの大きさや閾値の配置に応じて異なることから，閾値マトリクスはスクリーンと称される。したがって，画像形成装置の画像形成の特性，例えば階調性や解像性は，このスクリーンである閾値マトリクスの設計に依存する。

一般に，所望のスクリーン線数に基づいて閾値マトリクスがデザインされる。例えば，所定のスクリーン線数に応じて１階調毎に増加するドットの形成位置が特定される。ドットの形成位置は変位ベクトルにより特定され，その変位ベクトルの外積により生成可能な階調数が決まる。変位ベクトルが（４，４）（−４，４）の場合は，その外積は４√２×４√２＝３２であり，階調数は「３２」になる。

一般にかかる閾値マトリクスは，ドット集中型のＡＭスクリーンに設計される。すなわち，入力階調値が増加するに対応して３２個のドットを集中させながら生成させている。このようなＡＭスクリーンについては，特許文献１に記載されている。
特開２００３−１５２９９９号公報（２００３年５月２３日公開）特願２００５−１００４２３号（２００５年３月３１日出願）

しかしながら，スクリーン線数の間隔を狭くして解像性を高めようとすると，前述の外積が小さくなり階調数が低下する。かかる階調性の低下は，入力階調データの階調数を全て再現することができなくなることを意味する。そこで，複数の基本マトリクスを繰り返し配置した拡大された閾値マトリクスを使用し，複数の基本マトリクス内のドットの成長をずらすことで階調性を高めることが考えられる。

しかしながら，そのような拡大された閾値マトリクスの場合，入力階調値の増加に伴って複数の基本マトリクス内のドットの成長がずれているため，スクリーン線数が変化する。このスクリーン線数の変化が，人間の視覚により認識されやすいテクスチャ（干渉模様）の生成を招く。

本出願人は，このテクスチャの生成を抑制するための閾値マトリクスの生成方法について先に出願した（特許文献２）。この方法によれば，スーパーセルにおける複数ドットの配置位置を粒状度評価により決定するものであるが，複数ドットの可能な配置例を全て粒状度評価することは，配置例の数が多く演算工数が膨大になり演算時間が数日を要することになり現実的ではない。また，一旦生成された閾値マトリクスは，１階調の増加に対して複数ドットが同時に成長するように設計されているので，画像形成装置の印刷エンジンの特性の経年変化に対応して閾値マトリクスを補正することは困難である。

そこで，本発明の目的は，テクスチャの発生を抑制することできる閾値マトリクスを有する画像形成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために，本発明の第１の側面によれば，入力階調データからドットの有無を示す画像再生データを生成する画像処理ユニットと，前記画像再生データに基づいて画像を形成する印刷ユニットとを有する画像形成装置において，
前記画像処理ユニットは，スクリーン線数に対応する変位ベクトル上のドット群について，当該ドット群の各ドットの増加に対応して当該増加するドットが分散配置されるように，閾値が配置されたオリジナル閾値マトリクスと，前記印刷ユニットにおける画像再生データと出力画像濃度との関係を有する濃度特性に基づいて，前記オリジナル閾値マトリクスを補正し，前記補正された補正オリジナル閾値マトリクスを前記入力階調データの階調数に対応して正規化した正規化閾値マトリクスを生成する補正ユニットと，前記正規化マトリクスに基づいて前記入力階調データから前記画像再生データを生成するスクリーン処理ユニットとを有する。

上記の画像形成装置によれば，オリジナル閾値マトリクスが，変位ベクトル上のドット群の各ドットの位置が，ドット増加に対応して分散配置されているので，テクスチャの発生を抑制することができる。かかるオリジナル閾値マトリクスを基にして印刷ユニットの濃度特性に対応してガンマ補正し，その正規化閾値マトリクスによりスクリーン処理するので，テクスチャを抑制しつつ，目標濃度特性で画像を形成することができる。

上記の目的を達成するために，本発明の第２の側面によれば，入力階調データからドットの有無を示す画像再生データを生成する画像処理ユニットと，前記画像再生データに基づいて画像を形成する印刷ユニットとを有する画像形成装置において，
前記画像処理ユニットは，スクリーン線数に対応する変位ベクトル上のドット群について，当該ドット群の各ドットの増加に対応して当該増加するドットが分散配置されるように，閾値が配置されたオリジナル閾値マトリクスと，前記オリジナル閾値マトリクスを前記入力階調データの階調数に対応して正規化した正規化閾値マトリクスを生成する正規化ユニットと，前記正規化マトリクスに基づいて前記入力階調データから前記画像再生データを生成するスクリーン処理ユニットとを有する。

以下，図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し，本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図１は，閾値マトリクスの基本単位である基本マトリクスと拡大された閾値マトリクスの例を示す図である。図１（Ａ）（Ｂ）は，基本単位の閾値マトリクスにより生成される階調値「１」「２」のドットを示していて，閾値マトリクス内の各ドットの位置に閾値「０」「１」がそれぞれ配置される。この閾値マトリクスは，スクリーン線数１０６ｌｐｉで設定された変位ベクトル（４，４）（−４，４）に基づくものであり，８ｘ８の画素からなるマトリクス内に閾値「０」「１」がそれぞれ２箇所に配置され，それ以外の閾値もそれぞれ２箇所に配置される。また，最小閾値に始まる小さな閾値は最小閾値の画素に隣接して配置され，ドット集中型のＡＭスクリーンを構成する。

図１（Ａ）（Ｂ）の場合，８ｘ８＝６４ドットが１階調増加するごとに２ドット成長するので，その階調数は「３２」となる。したがって，８ビットの入力階調データの２５６階調に比較すると階調数が「３２」とかなり少なく，階調性が良くない。ただし，変位ベクトルの位置にドットが生成されるので，スクリーン線数１０６ｌｐｉは維持され，解像性は良い。

図１（Ｃ）〜（Ｈ）は，図１（Ａ）（Ｂ）のスクリーン線数を基本的には維持しながら階調数を「１２８」にした拡大された閾値マトリクスによるドット生成を示す。ここでは，階調値が増加するたびに矢印の位置のドットが生成されている。図１（Ｃ）〜（Ｈ）は，階調値「１」〜「６」のドットを示しており，これらドットの位置に閾値「０」〜「５」が配置される。この拡大された閾値マトリクスは，１２８階調を表現するために１６ｘ１６＝２５６画素からなり，図１（Ａ）（Ｂ）の基本マトリクスを４個繰り返し配置したものである。そして，階調数を「３２」から「１２８」の４倍に増加するために，基本マトリクスの階調数「１」が拡大マトリクスの階調数「４」に対応させている。つまり，拡大マトリクスは４個の基本マトリクスを配置し，基本マトリクスにおいて１階調で生成する８ドットを，拡大マトリクスでは１階調で２ドットづつ生成させて，４階調で全８ドットの生成が完了するようにしている。

この図１（Ｃ）〜（Ｈ）の拡大マトリクスの場合，階調値「１」の（Ｃ）ではスクリーン線数５３ｌｐｉ（６００ｄｐｉ／８√２），階調値「２」の（Ｄ）ではスクリーン数７５ｌｐｉ（６００／８），階調値「３」の（Ｅ）ではスクリーン線数５３ｌｐｉ（６００／８√２），階調値「４」の（Ｆ）で初めてスクリーン線数１０６ｌｐｉ（６００／４√２）になる。つまり，階調値の増加に伴ってスクリーン線数が変動し，これがテクスチャの発生の原因となる。

テクスチャ発生の原因は，スクリーン線数に基づく変位ベクトル上の位置に階調の増加に伴ってドットを規則的に発生させることにある。そこで，このドットの発生を不規則にして粒状性を最小限にすることで，テクスチャの発生を抑制することを前述の特許文献２で提案した。つまり，階調増加のたびに複数のドットを分散させて不規則に配置してスーパーセル化を行い，それによりテクスチャ発生を抑制する。

しかし，これによれば，階調の増加に伴って発生するドット群の位置を決定するのに，ドット群の位置の組合せ例についてそれぞれ粒状性評価関数によってその粒状性を評価し，粒状性が最小になるドット群の位置の組合せを探索するものであり，その探索のための演算時間が膨大になり現実的ではない。

そこで，本実施の形態では，粒状性が最小となるドット群の位置を探索するのではなく，粒状性が最小となる単一のドットの位置を探索することで，探索のための演算時間を短くする。そして，粒状性が抑えられたドットの発生を可能にするオリジナル閾値マトリクスを画像形成装置の濃度特性に応じて補正する。

図２は，本実施の形態における画像形成装置の構成図である。ホストコンピュータ１０にはプリンタドライバＰＤＲがインストールされ，画像形成装置であるプリンタ１２に印刷データを供給する。プリンタ１２は，画像処理ユニット１４と印刷ユニットである印刷エンジン２０とを有する。画像処理ユニット１４は，プリンタドライバＰＤＲからの印刷データを受信するインターフェースＩＦと，中央処理ユニットＣＰＵと，印刷データに含まれる入力階調データをドットの有無を示す画像再生データ（二値化データ）１７に変換するスクリーン処理ユニット１６と，その画像再生データ１７をパルス幅変調してパルス駆動信号１９を生成するＰＷＭユニット１８とを有する。スクリーン処理ユニット１６は，ディザ法により二値化処理するものであり，メモリ内に格納された正規化閾値マトリクスＳＣＲ４を参照して，入力階調データを二値化データである画像再生データ１７に変換する。画像再生データに基づくパルス駆動信号１９が印刷エンジン２０内の光源を駆動して所望の画像形成が行われる。印刷エンジン２０は，画像形成した印刷媒体２３を出力する。

また，画像処理ユニット１４は，所望のスクリーン線数に対応する変位ベクトル上のドット群が，各ドットの増加に伴って当該増加するドット毎に分散配置されるように閾値が配置されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２（スクリーンＳＣＲ２）をメモリ内に格納している。このオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２は，後述する方法により設計段階で求められてプリンタ１２の画像処理ユニット１４内のメモリに格納される。

そして，階調パッチデータを利用したキャリブレーションプロセスを実行し，補正ユニット１５がオリジナル閾値マトリックスＳＣＲ２を補正する。つまり，印刷エンジン２０により生成されたパッチパターンが出力濃度測定器２１により測定され，その測定結果２２が補正ユニット１５に供給される。補正ユニット１５は，この測定結果に基づき，理想的な出力濃度が得られるようにオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２を補正する。そして，補正されたオリジナル閾値マトリクスを入力階調データの階調値に対応して正規化して，印刷エンジンの出力濃度特性に対応した正規化閾値マトリクスＳＣＲ４を生成する。上記のキャリブレーションプロセスは，初期化時に実行され，あるいは印刷エンジンの経年変化に応じて定期的または不定期に実行され，常時理想的な出力特性を得られるように正規化閾値マトリクスＳＣＲ４が維持される。

図３，図４は，本実施の形態におけるスクリーンであるオリジナル閾値マトリクスと正規化閾値マトリクスの関係を示す工程図である。図３，４を参照しつつ，本実施の形態におけるオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２と正規化閾値マトリクスＳＣＲ４を説明する。図中，基本マトリクスＳＣＲ１，オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２，キャリブレーションプロセスによって補正されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ３，入力階調データの階調数に伴って正規化された正規化閾値マトリクスＳＣＲ４が示されている。

図３，４の概略を説明すると，プリンタの画像処理ユニットに搭載されるオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２は，スクリーン設計により生成される（Ｓ１２）。そして，プリンタの初期化動作時または所定の時に，このオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２に基づいてキャリブレーションプロセスが実行され，補正されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ３が一旦生成され（Ｓ２２），それが正規化されて正規化閾値マトリクスＳＣＲ４がアップデートされる（Ｓ２４）。

次に，図３，４を参照して詳細に説明する。まず，スクリーン設計において，所望のスクリーン線数に基づいて基本マトリクスＳＣＲ１が生成される（Ｓ１０）。つまり，画像形成装置に求められる解像性に応じてスクリーン線数が決定され，それに基づき基本マトリクスが生成される。

図５は，スクリーン線数と基本マトリクスの関係を示す図である。スクリーン設計において，所望のスクリーン線数を実現するための基本マトリクスＳＣＲ１が生成される。画像形成装置のドット密度をスクリーン線数で除算することで，スクリーン線数間の距離が求められる。例えば，図５（Ａ）に示されるとおり，決められたスクリーン線数（１インチあたりのスクリーン線の数）に対応する距離Ｗでスクリーン線ＳＬ１，ＳＬ２が配置されると，この距離Ｗを１辺とする四角形の頂点にドットを発生する必要がある。その結果，ドットを発生させるべき位置を特定する変位ベクトルＢ１，Ｂ２が決定する。ここで，変位ベクトルとは，あるドットを基準として隣接するドットの位置を特定するベクトルである。図５（Ａ）の例では，変位ベクトルＢ１は（４，４），変位ベクトル（−４，４）である。したがって，ドットＤＴ１を基準にすると，変位ベクトルＢ１（４，４）の位置にドットＤＴ２が生成され，変位ベクトルＢ２（−４，４）の位置にドットＤＴ３が生成される。また，ドットＤＴ４はドットＤＴ３に対しては変位ベクトルＢ１の位置にあり，ドットＤＴ２に対しては変位ベクトルＢ２の位置にある。

このスクリーンでは，１階調増加するたびに変位ベクトルで特定される位置のドット群が生成されることになる。したがって，上記の四角形の面積に対応する変位ベクトルＢ１，Ｂ２の外積（４√２×４√２＝３２）が，階調数「３２」になる。つまり，４つのドットＤＴ１〜ＤＴ４内の四角形内に生成できるドット数が階調数に対応する。そして，３２種類のドットの位置は，全て変位ベクトルＢ１，Ｂ２上に配置される。

図５（Ｂ）は，上記のスクリーン線数から設計されるスクリーンの基本マトリクスＳＣＲ１を示す。これは，図１（Ａ）（Ｂ）と同じである。基本マトリクスＳＣＲ１は，８ｘ８画素の合計６４画素のサイズである。図５（Ｂ）には，階調値「１」に対して発生するドットの位置と，階調値「２」に対して発生するドットの位置（矢印の位置）が示され，したがって，閾値が配置された基本マトリクスＳＣＲ１は各ドットの位置にそれぞれ閾値「０」「１」を有する。図５（Ｂ）の例では，１階調増加するたびに２ドットが発生し，階調数は３２（＝６４／２）になる。つまり，図３，図４に示されるとおり，基本マトリクスＳＣＲ１には，階調値０〜３１に対応する閾値が変位ベクトルの位置に配置される。

次に，基本マトリクスを複数個繰り返し配置した拡大マトリクスのサイズを決定する（図３，４のＳ１１）。この拡大マトリクスのサイズは，本実施の形態におけるスーパーセルの規模に対応し，スクリーン設計工程で任意のサイズに設定することができる。

図６は，拡大マトリクスの例を示す図である。図６には，階調値「１」の場合の拡大マトリクスにより発生するドットの位置と，階調値「３１」の場合の拡大マトリクスにより発生するドットの位置が示されている。拡大マトリクスＳＣＲ１ＥＸは，基本マトリクスＳＣＲ１が横方向に１２個，縦方向に１２個，合計で１４４個繰り返し配置されている。したがって，９６画素×９６画素のサイズである。そして，階調値「１」では，各基本マトリクスＳＣＲ１で２個のドットが発生するので，拡大マトリクスＳＣＲ１ＥＸでは２８８個（２ドット×１４４個）のドットが変位ベクトル上に発生する。同様に，次の階調値「２」では，図５（Ｂ）に示される矢印の位置に２８８個のドットが発生する。つまり，階調値「１」で発生したドットの周囲に次の階調値に対応するドットが生成され，ドット集中型のスクリーンであってスクリーン線数が保たれるスクリーンになる。そして，階調値「３１」で，最後の２８８個のドットが発生して全てのドットが生成される。その結果，階調値「３１」の拡大マトリクスには全てのドットが生成されている。

本実施の形態では，この拡大マトリクス内に１階調毎に生成される２８８個のドットの位置を，２８８ドットの中の単一のドットを生成した時に粒状度が最も小さくなるように決定していく。つまり，変位ベクトル上に位置する階調値「１」に対応する２８８個のドットについて，各ドットが生成された時の粒状度を後述する粒状度評価関数により評価し，最も粒状度が小さくなる位置にドットが生成されるように閾値を割り当てる（図３，４のＳ１２）。図４に示したとおり，階調数３２のうち階調値「１」における２８８個のドットについて，閾値「０」〜「２８７」を割り当てる。また，階調値「２」における２８８個のドットについては，閾値「２８８」〜「５７５」を割り当てる。さらに，階調値「３」における２８８個のドットについては，閾値「５７６」〜「８６３」を割り当てる。そして，最大階調値「３１」における２８８個のドットについては，閾値「８９２８」〜「９２１５」を割り当てる。その結果，拡大マトリクスの９６画素×９６画素＝９２１６画素に対して，閾値「０」〜「９２１５」を割り当てる。その結果，オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２が生成される。

図７は，オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２における２８８個のドットの配置例を示す図である。２８８個のドットの位置に閾値（Ｖｔｈ）「０」〜「２８７」が与えられる。この２８８個のドットの位置は，変位ベクトル上の２８８個の位置の中からどの位置が粒状度最小になるかを，粒状度評価関数により評価して決定する。したがって，粒状度評価関数に基づいて，閾値「０」の位置は２８８の候補位置から最小粒状度になる１つが選択される。また，閾値「１」の位置は２８７の候補位置から最小粒状度になる１つが選択される。そして，閾値「２」の位置は２８６の候補位置から最小粒状度になる１つが選択される。同様に，閾値「３」〜「２８７」の位置は徐々に減少する２８５〜１の候補位置からそれぞれ最小粒状度になる１つが選択される。図７の矢印で示した位置が最小粒状度になる位置であり，対応する閾値がこれらの位置に配置され，その結果，発生するドットは矢印の位置になる。このように，最小粒状度になるドットの位置を探索する場合，最大で２８８種類の候補位置から最小粒状度になる位置を探索すれば良いので，その探索に要する演算時間工数はそれほど高くない。

粒状度測定で使用される評価式Ｅは以下のとおりである。

ここで，

である。

上記のＶＴＦ（Visual Transfer Function）は，画像に含まれる空間周波数成分に対して人間の視覚が示す感度を示した近似関数である。また，ｍ，ｎは閾値マトリクスの座標位置ｘ，ｙ方向のスペクトル次数を示し，Ａｍ，ｎは座標位置（ｍ，ｎ）に位置する周波数のエネルギーを示す。そして，ｆｍ，ｎは二次元平面を１次元に投影したＶＴＦを示し，rateはＶＴＦの補正係数で，resoは印刷解像度，Ｔはマトリクスの縦，横のサイズ，reso／Tはスクリーンの基本周波数を示す。また，ＩＮＴは小数点以下を切り捨てて整数にする関数である。

この粒状度評価関数Ｅの評価値Ｅが小さいほど，人間の視覚に知覚されにくい周波数特性を持った画像となる。したがって，この評価値Ｅが小さいほど，高周波成分にエネルギーを集中した画像となり，低周波成分が少なく粒状度が小さくなる。つまり，粒状度が小さいとは，ドットが分散されて配置されており，画像の空間周波数成分のうち低周波成分が少なく高周波成分が多いことを意味し，低周波成分が少ないほど，画像内にテクスチャが発生する可能性が小さくなり，画質を向上することができる。

そこで，図７に示した各階調値で発生させるべき２８８個のドットの位置が，候補の位置の中から，各ドット毎に発生した後の画像に対する粒状度評価値Ｅが最小値になる位置に決定される。このドット位置の探索は，閾値「０」〜「９２１５」を有する９２１６個の位置全てに対して行われる。この位置決定のための演算工数は，各ドットの候補位置が高々２８８個であるので，それほど大きくはならない。

この結果，９６画素×９６画素の拡大マトリクス内に閾値「０」〜「９２１５」を割り当てたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２が生成される。このオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２は，階調数３２に対しては，各階調毎に２８８個のドットが変位ベクトル位置に生成されるので，スーパーセルなしのスクリーンである。このオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２は，９２１６個のドットの位置が，各ドットが生成された画像の粒状度が最小値になるように設計されている。そのため，このオリジナル閾値マトリクスを利用してスクリーン処理すれば，スクリーン線数を変動することなくドットを成長させることができ，その粒状度も最小値になるように選択されている。よって，所望のスクリーン線数でより大きな階調数を有し，テクスチャの発生を抑制した画像を形成することができる。

図２及び図３に示されるように，スクリーン設計により生成されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２が画像形成装置であるプリンタの画像処理ユニットに搭載される（Ｓ１３）。そして，このオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２により形成されるパッチパターンを利用してキャリブレーション工程を行い，理想的な濃度特性を得ることができるように閾値マトリクスの補正を行う（Ｓ２０，Ｓ２２）。

キャリブレーション工程（Ｓ２０）では，オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２の閾値を入力階調データの階調数「２５６」に正規化した閾値マトリクスでパッチパターンの画像形成を行う。つまり，入力階調データが８ビットからなる場合，その階調数は「２５６」であるので，オリジナル閾値マトリクスをこの階調数に正規化することで，入力階調データをその閾値と比較して二値化データを生成することができる。よって，オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２の閾値「０」〜「９１２５」を閾値「０」〜「２５５」に正規化する。この正規化は次の演算式により行う。

すなわち，オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２の閾値ＴＨに２５５／９１２５を乗算することで，閾値「０」〜「９１２５」を閾値「０」〜「２５５」に正規化することができる。ただし，乗算結果ＴＨ₂₅₅が小数点以下を有する場合は切り上げられる。

図８は，正規化されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２ＮＯＲＭの例を示す図である。正規化後の階調値「１」は，オリジナル閾値マトリクスでの階調値「３６」に対応し，正規化後の階調値「２」「３」「４」「５」はそれぞれ階調値「７２」「１０８」「１４４」「１８０」に対応する。そして，正規化後の閾値「２５５」はオリジナルの閾値「９１２５」に対応する。したがって，正規化閾値マトリクスによれば１階調増加するたびに３６個のドットが生成される。しかも，各３６個のドットの位置は不規則に変化するので，正規化閾値マトリクスＳＣＲ２ＮＯＲＭはスーパーセル化されたスクリーンになる。そして，オリジナル閾値マトリクスに基づく各ドットの位置は，全て粒状度が最小になる位置に設定されている。よって，上記の正規化された閾値マトリクスＳＣＲ２ＮＯＲＭに基づく３６ドット位置も粒状度が小さくなる位置に配置されることになる。しかも，各３２個のドットは，常に変位ベクトル上の２８８個の位置に配置されるので，スクリーン線数の変動もない。

このように正規化された閾値マトリクスＳＣＲ２ＮＯＲＭによりパッチパターンデータをスクリーン処理し，パッチパターンを印刷ユニット２０により生成し，その出力濃度を出力濃度測定器２１（図２参照）で検出し，検出した測定濃度２２が補正ユニット１５に与えられる（図３のＳ２０）。

図９は，測定された濃度特性と目標とする濃度特性とを示す図である。図９（Ａ）は，正規化閾値マトリクスＳＣＲ２ＮＯＲＭによりパッチパターンデータを二値化して生成したパッチパターンから得た濃度特性が黒四角でプロットされている。つまり，入力階調値０〜２５５に対するパッチパターンの出力濃度（光学濃度）の値０〜２５５を示している。黒四角の測定結果に対して，目標とする理想的な濃度特性が黒丸で示されている。目標濃度は，やや下に凸の特性を有する。

補正ユニット１５は，この測定された濃度特性が目標とする濃度特性になるようなガンマ補正テーブルを求め，このガンマ補正テーブルに基づいてオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２の閾値を補正して，補正されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ３を生成する（図３，４のＳ２２）。正規化閾値マトリクスＳＣＲ２ＮＯＲＭに対してではなく，閾値「０」〜「９２１５」の分解能を有するオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２に対してガンマ補正を行うことで，階調数を減らすことなく補正することができる。

上記のガンマ補正にあたり，補正ユニット１５は，図９（Ａ）の濃度特性の階調値「０」〜「２５５」を「０」〜「９２１５」に正規化して，図９（Ｂ）の濃度特性と目標濃度とを求める。つまり，図９（Ｂ）の横軸と縦軸は９２１６階調数に変換されている。この濃度特性と目標濃度とから，ガンマ補正テーブルを求める。

図１０は，ガンマ補正テーブルを求める方法を示す図である。第１象限には，横軸に入力階調値（閾値），縦軸に出力濃度が割り当てられ，印刷エンジン２０の測定濃度特性３０が示されている。また，第２象限には，横軸に補正閾値，縦軸に出力濃度が割り当てられ，目標濃度特性３２が示されている。第３象限には単に折り返し直線３６が示される。そして，第４象限に補正曲線３４が示されている。第１象限に示されるとおり，ある入力階調値ＩＮに対する出力濃度ＯＵＴがパッチパターンの測定により求められる。しかし，第２象限の目標濃度特性３２によれば，この出力濃度ＯＵＴが得られるためには入力階調値ＣＩＮはもっと大きな値であることが求められる。したがって，閾値マトリクスの閾値ＩＮをより大きな補正閾値ＣＩＮに変更することにより，入力階調値ＩＮを実質的により小さい入力階調値として取り扱うことが可能になり，その結果，印刷エンジン２０の濃度特性を目標濃度特性３２に一致させることができる。

つまり，図４に示すとおり，補正ユニット１５は，オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２の閾値をプリンタの濃度特性から求めた図１０のガンマ補正テーブル３４に基づいて補正して，補正されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ３を生成する（Ｓ２２）。図１０の補正テーブル３４によれば，低い閾値は大きく補正され，高い閾値はわずかに大きく補正される。しかも，閾値「０」〜「９２１５」に正規化された濃度特性を利用することで，階調数を減じることなく補正後のオリジナル閾値マトリクスを生成することができる。

上記の補正では，たとえば，階調数「２５６」の時の入力階調値「７」は正規化後の入力階調値ＩＮ「２５２．９６」になり，その時の正規化出力濃度ＯＵＴは「３９７．６５」（階調数「２５６」では「１１」）であり，正規化目標濃度「３９７．６５」を得るべき入力階調値ＣＩＮは「７２８．４」となる。したがって，補正テーブルにより，補正前の閾値「２５２．９６」が補正後の閾値「７２８．４」となるように補正されることが必要である。このようにして出力濃度「０」〜「９２１５」を得るべき階調値をテーブル化したものが補正ガンマテーブル３４となる。したがって，この補正ガンマテーブル３４にしたがってオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２の閾値を補正して，補正オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ３を生成する。

そして，補正ユニット１５は，補正されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ３を，入力階調データの階調数「２５６」に対応した閾値「０」〜「２５５」に正規化し，正規化された閾値マトリクスＳＣＲ４がメモリ内に格納される。この正規化工程では，閾値「０」〜「３５」までが閾値「１」にされ，閾値「３６」〜「７１」までが閾値「２」にされ，閾値「７２」〜「１０７」までが閾値「３」にされ，同様に残りの閾値も２５６階調の閾値に正規化される。画像処理ユニット１４内のスクリーン処理ユニット１６は，この更新された正規化閾値マトリクスＳＣＲ４を参照して入力階調データを二値化して画像再生データ１７を生成し，印刷ユニット２０はそれによる画像形成を行う。

図１１は，本実施の形態における正規化閾値マトリクスＳＣＲ４の一例を示す図である。図８の補正前の正規化閾値マトリクスＳＣＲ２ＮＯＲＭに比較すると，閾値「０」，閾値「１」，閾値「２」，閾値「３」，閾値「４」を有する画素数が減じられている。つまり，図１０に示した補正曲線３４による補正により，オリジナル閾値マトリクス内の閾値がより大きい閾値に変更されたのである。このように補正されたとしても，各階調値で発生するドットは，変位ベクトル上の位置に限定され且つドット発生後の粒状度は小さくなるように設計されている。したがって，解像性と階調性の両方を両立させ且つテクスチャの発生を抑制したスクリーンを実現することができる。

以上の通り，本実施の形態によれば，オリジナル閾値マトリクスを設計するに際して，拡大マトリクス内の各ドットの位置を，単一ドットの発生に伴う粒状度評価に基づいて探索する。そして，そのオリジナル閾値マトリクスを基にして目標濃度特性になるようにガンマ補正を行い，補正されたオリジナル閾値マトリクスを画像形成装置の階調数に正規化した正規化閾値マトリクスによりスクリーン処理を行う。オリジナル閾値マトリクスによる各ドットの発生位置が粒状度を抑制するように設計されているので，それをガンマ補正しても抑制された粒状度を維持することができ，また，かかるオリジナル閾値マトリクスを設けておくことにより，画像形成装置の印刷ユニットの経年変化に対応して目標濃度で画像形成できるようにキャリブレーションを行うことができる。

また，上記の実施の形態では，画像処理ユニットは，オリジナル閾値マトリクスをガンマ補正してから正規化閾値マトリクスを生成し，その正規化閾値マトリクスを参照してスクリーン処理する。しかしながら，オリジナル閾値マトリクスを補正することなく正規化して正規化閾値マトリクスを生成し，それを参照してスクリーン処理するようにしてもよい。この場合は，印刷エンジンの濃度特性に追従して補正することはできないが，解像性と階調性の両方を兼ね備え且つテクスチャの発生を抑えることができるオリジナル閾値マトリクスに基づいてスクリーン処理を行うことができる。この場合は，補正ユニット１５は，オリジナル閾値マトリクスを正規化して正規化閾値マトリクスを生成する機能を有する。補正ユニット１５は，ハードウエアユニットまたはソフトウエアモジュールのいずれかにより実現可能である。

閾値マトリクスの基本単位である基本マトリクスと拡大された閾値マトリクスの例を示す図である。本実施の形態における画像形成装置の構成図である。本実施の形態におけるスクリーンであるオリジナル閾値マトリクスと正規化閾値マトリクスの関係を示す工程図である。本実施の形態におけるスクリーンであるオリジナル閾値マトリクスと正規化閾値マトリクスの関係を示す工程図である。スクリーン線数と基本マトリクスの関係を示す図である。拡大マトリクスの例を示す図である。オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２における２８８個のドットの配置例を示す図である。正規化されたオリジナル閾値マトリクスＳＣＲ２ＮＯＲＭの例を示す図である。測定された出力濃度特性と目標とする出力濃度特性とを示す図である。ガンマ補正テーブルを求める方法を示す図である。本実施の形態における正規化閾値マトリクスＳＣＲ４の一例を示す図である。

符号の説明

１２：プリンタ，画像形成装置１４：画像処理ユニット
１５：補正ユニット１６：スクリーン処理ユニット
２０：印刷ユニット，印刷エンジン２１：出力濃度測定器
ＳＣＲ２：オリジナル閾値マトリクスＳＣＲ４：正規化閾値マトリクス

Claims

入力階調データからドットの有無を示す画像再生データを生成する画像処理ユニットと，
前記画像再生データに基づいて画像を形成する印刷ユニットとを有する画像形成装置において，
前記画像処理ユニットは，
スクリーン線数に対応する変位ベクトルの外積がＬ（Ｌは複数）であり，Ｌ×Ｍ（Ｍは正の整数）の画素数から基本マトリクスをＮ（Ｎは複数）個配置したオリジナル閾値マトリクスであって，前記変位ベクトル上のドット群について，当該ドット群の各ドットの増加に対応して当該増加するドットが，前記変位ベクトル上のいずれかの位置であり且つ当該増加するドットの生成後の粒状度が最も小さくなるような位置に配置されるように，閾値が配置されたオリジナル閾値マトリクスと，
前記印刷ユニットにおける画像再生データと出力画像濃度との関係を有する濃度特性に基づいて，前記入力階調データの階調値に対応して前記印刷ユニットが形成する画像の出力濃度が所望の濃度特性を有するように，前記オリジナル閾値マトリクスを補正し，前記補正された補正オリジナル閾値マトリクスの各閾値を前記入力階調データの階調数に対応して正規化した閾値を有する正規化閾値マトリクスを生成する補正ユニットと，
前記正規化閾値マトリクスに基づいて前記入力階調データから前記画像再生データを生成するスクリーン処理ユニットとを有する画像形成装置。
請求項１において，
前記オリジナル閾値マトリクスは，Ｌ階調のうち１階調増加する毎にＭ×Ｎ個の前記ドット群が前記変位ベクトル上に発生することを特徴とする画像形成装置。
請求項１または２において，
前記正規化閾値マトリクスは，前記入力階調データの階調数が１階調増加する毎に生成されるドット数が一定数になっていないことを特徴とする画像形成装置。
請求項１において，
前記補正ユニットは，前記オリジナル閾値マトリクスを前記入力階調データの階調数に対応して正規化した正規化オリジナル閾値マトリクスに基づいて，複数の階調値を有するパッチパターンデータを生成し，当該パッチパターンデータに基づいて前記印刷ユニットにパッチパターンを生成させ，当該生成されたパッチパターンの濃度によって前記濃度特性を検出することを特徴とする画像形成装置。
入力階調データからドットの有無を示す画像再生データを生成する画像処理ユニットと，
前記画像再生データに基づいて画像を形成する印刷ユニットとを有する画像形成装置において，
前記画像処理ユニットは，
スクリーン線数に対応する変位ベクトルの外積がＬ（Ｌは複数）であり，Ｌ×Ｍ（Ｍは正の整数）の画素数から基本マトリクスをＮ（Ｎは複数）個配置したオリジナル閾値マトリクスであって，前記変位ベクトル上のドット群について，当該ドット群の各ドットの増加に対応して当該増加するドットが，前記変位ベクトル上のいずれかの位置であり且つ当該増加するドットの生成後の粒状度が最も小さくなるような位置に配置されるように，閾値が配置されたオリジナル閾値マトリクスと，
前記オリジナル閾値マトリクスの各閾値を前記入力階調データの階調数に対応して正規化した閾値を有する正規化閾値マトリクスを生成する正規化ユニットと，
前記正規化閾値マトリクスに基づいて前記入力階調データから前記画像再生データを生成するスクリーン処理ユニットとを有する画像形成装置。