JP4560357B2 - 画像処理方法および画像処理装置並びにそれを備えた画像形成装置、プログラム、記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、入力画像データに誤差拡散処理を施して中間調の出力画像データを生成する画像処理方法および画像処理装置並びにそれを備えた画像形成装置、プログラム、記録媒体に関する。

従来の画像形成装置においては、熱転写、電子写真およびインクジェット方式を始めとする様々な画像形成方法が採用されている。画像形成の際に階調の再現性を向上させるために画像処理装置で中間調処理を行っている。

たとえば濃度階調値が２値〜５値程度の画像形成装置を用いて擬似的に２５６階調の中間調画像を形成する場合、階調再現性を考慮して階調値を２値〜５値程度に減少させる中間調処理を行う必要がある。中間調処理の方法としては、所定の閾値と比較する単純量子化方法、ディザ法および誤差拡散法など種々の方法が従来から用いられている。

誤差拡散法に関する基本的な説明としては、非特許文献１に記載されている。また、この発展形として多階調画像の誤差拡散方法に関する種々の態様が、非特許文献２などに代表される文献で種々多彩に述べられており、容易に誤差拡散方法の概念を得る事が可能である。

これら誤差拡散方法による中間調処理は、入力画像データを単位画素ごとに時系列的に処理するもので、任意の注目画素の画素濃度に対して設定された閾値と比較し、その大小関係により量子化値を決定し、入力画像データを該量子化値に変換する。この量子化において発生する誤差を拡散マトリクスにより決定されるマトリクス係数と乗算し、未量子化画素に拡散するという一連の処理を繰り返すことにより必要な濃度階調数を削減し、なおかつ画像全体としての濃度階調を維持するものである。

しかしながら、上記の処理は、主に単一色であるグレイ画像に対する階調再現処理に関して述べられたもので、この考えに基づきカラー画像に対応させる方法には大別して、
１）各色毎に個別に誤差拡散方法による処理を行う方法
２）記録色であるＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）（場合によりＫ（ブラック）が含まれる）を一括して出力できるようにベクトルによる演算処理を行う方法
の２つの方法がある。

一般的には、１）の方法が行われており、特に新規な方法を取り入れているわけではないので、非特許文献１および２に記載されている技術の延長上でその処理の概要を容易に推測することができる。２）の方法は、例えば特許文献１に開示されている。開示されているハーフトーニング方法は、入力画像データに基づいてピクセルの色を決定する際に、ピクセルのインク寄与とゆがめられた色空間、色誤差に基づいて決定している。

角谷繁明、「誤差拡散法における閾値操作手法」、電子写真学会誌、１９９８年、第３７巻、第２号、ｐ．１８６−１９２ Robert A. Ulichney,"Dithering with Blue Noise", Proceeding of the IEEE, vol.76, No.1, January 1988, p.56-79 特開平７−１９３７２６号公報

特許文献１に記載のハーフトーニング方法を用いてベクトル演算による誤差拡散処理を行っても、出力装置のドット再現性に依存するドットゲインの影響を考慮した良好な階調再現が行われていないため、低濃度領域から中濃度領域にかけてのドットが繋がり始める濃度領域において、ドットゲインが急激に増加する。これにより、なだらかな階調を再現することが困難であり、中間調処理された画像内で濃度が急激に変化し、中間調処理される前の元画像にはない濃淡が現れる現象、いわゆるトーンジャンプが発生するという問題がある。

さらに、ドットゲインの影響を補償する手段を有していないため、色誤差の適切なフィードバックが行われず、特にドットゲインの影響が大きい電子写真方式の出力装置において、色再現が良好に行われないという問題点がある。

本発明の目的は、ドットゲインが階調再現性にもたらす影響を低減することで、滑らかな階調再現を実現することができる画像処理装置、画像形成装置、画像処理方法、画像処理プログラムおよび画像処理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を提供することである。

本発明は、入力された画像データを所定の階調の画像データに変換して出力する階調再現処理部を備える画像処理装置において、
階調再現処理部は、
画像データを構成する注目画素の画素値のガンマ補正処理を行う補正手段と、
誤差拡散のためのフィードバックループ内で前記ガンマ補正処理を行う誤差拡散手段とを有し、
前記誤差拡散手段は、
前記補正手段により画素値がガンマ補正された画像データの階調数の変換を行うとともに、画像データの色空間を、入力時とは異なる色空間に変換する第１変換手段と、
前記補正手段によってガンマ補正され、第１変換手段によって色空間が変換された画像データを色空間変換前の色空間に戻す第２変換手段と、
前記補正手段に入力されるガンマ補正前の画像データの画素値と、前記第２変換手段から出力される画像データの画素値とを比較し、前記補正手段、前記第１変換手段および前記第２変換手段による変換によって生じた誤差を、前記補正手段に入力されるガンマ補正前の画像データの画素である未変換画素に拡散させるために、未変換画素に加算する誤差量を算出する算出手段と、
算出された誤差量を前記未変換画素の画素値に加算し、誤差量が加算された画素値を前記補正手段に出力する誤差加算手段とを有することを特徴とする画像処理装置である。

また本発明は、前記補正手段および前記第１変換手段は、それぞれ補正および変換を行う際に参照するテーブルを共有するように構成され、
前記共用するテーブルは、変換前の色空間の各要素に対する個別の１次元ガンマテーブルデータおよび色空間変換用のテーブルデータを作成し、１次元ガンマテーブルデータおよび色空間変換用のテーブルデータの入出力特性に基づいて、入出力値が１対１に一意的に決定された色空間変換用のテーブルデータを再構成することで得られたテーブルであることを特徴とする。

また本発明は、画像データを、画像処理装置に入力する画像入力装置と、
上記の画像処理装置と、
前記画像処理装置によって画像処理された画像データに基づいて画像を形成する画像出力装置とを備えることを特徴とする画像形成装置である。

また本発明は、入力された画像データを所定の階調の画像データに変換して出力する階調再現処理工程を含む画像処理方法において、
階調再現処理工程は、
画像データを構成する注目画素の画素値のガンマ補正処理を行う補正工程と、
誤差拡散のためのフィードバックループ内で前記ガンマ補正処理を行う誤差拡散工程とを有し、
前記誤差拡散工程は、
前記補正工程により画素値がガンマ補正された画像データの階調数の変換を行うとともに、画像データの色空間を、入力時とは異なる色空間に変換する第１変換工程と、
前記補正工程によってガンマ補正され、第１変換手段によって色空間が変換された画像データを色空間変換前の色空間に戻す第２変換工程と、
前記補正工程で入力されるガンマ補正前の画像データの画素値と、前記第２変換工程で出力される画像データの画素値とを比較し、前記補正工程、前記第１変換工程および前記第２変換工程による変換によって生じた誤差を、前記補正工程で入力されるガンマ補正前の画像データの画素である未変換画素に拡散させるために、未変換画素に加算する誤差量を算出する算出工程と、
算出された誤差量を前記未変換画素の画素値に加算し、前記補正工程で用いる、誤差量が加算された画素値を出力する誤差加算工程とを有することを特徴とする画像処理方法である。

また本発明は、コンピュータに上記の画像処理方法を実行させるための画像処理プログラムである。

また本発明は、コンピュータに上記の画像処理方法を実行させるための画像処理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である。

本発明によれば、入力された画像データを所定の階調の画像データに変換して出力する階調再現処理部を備える画像処理装置である。

補正手段が、画像データを構成する注目画素の画素値のガンマ補正処理を行い、誤差拡散手段が、誤差拡散のためのフィードバックループ内で前記ガンマ補正処理を行う。
また、誤差拡散手段では、以下のように誤差拡散処理が行われる。第１変換手段が、前記補正手段により画素値がガンマ補正された画像データの階調数の変換を行うとともに、画像データの色空間を、入力時とは異なる色空間に変換し、第２変換手段が、前記補正手段によってガンマ補正され、第１変換手段によって色空間が変換された画像データを色空間変換前の色空間に戻す。算出手段が、前記補正手段に入力されるガンマ補正前の画像データの画素値と、前記第２変換手段から出力される画像データの画素値とを比較し、前記補正手段、前記第１変換手段および前記第２変換手段による変換によって生じた誤差を、前記補正手段に入力されるガンマ補正前の画像データの画素である未変換画素に拡散させるために、未変換画素に加算する誤差量を算出すると、誤差加算手段が、算出された誤差量を前記未変換画素の画素値に加算し、誤差量が加算された画素値を前記補正手段に出力する。

これにより、誤差拡散のためのフィードバックループ内でガンマ補正処理ができるので、ドットゲインによるトーンジャンプの影響を低減し、滑らかな階調再現を実現することが可能となる。

誤差拡散のためのフィードバックループより前にガンマ補正を行う場合を考える。ここでは、一般に用いられる８ビットデータから８ビットデータへガンマ変換するものとする。図１３は、ガンマ補正曲線を示すグラフである。特性曲線がリニア（γ＝１）の場合は、入力値Ｉ１およびＩ２に対する出力値Ｏ１’およびＯ２’の差が十分にあるが、通常のガンマ曲線（γ≠１）の場合は、入力値Ｉ１およびＩ２に対する出力値Ｏ１およびＯ２の差がほとんど無くなってしまい、見かけ上トーンの連続性が低下してしまう。

本発明は、誤差拡散フィードバックループ内でガンマ補正処理を行うことで、ガンマ特性に起因するトーン連続性の低下の影響を低減し、滑らかな階調再現を実現することが可能となるのである。

また本発明によれば、補正手段および第１変換手段が参照するテーブルを共有する。この共用するテーブルは、変換前の色空間の各要素に対する個別の１次元ガンマテーブルデータおよび色空間変換用のテーブルデータを作成し、１次元ガンマテーブルデータおよび色空間変換用のテーブルデータの入出力特性に基づいて、入出力値が１対１に一意的に決定された色空間変換用のテーブルデータを再構成することで得られたテーブルである。
これにより、補正手段および第１変換手段が異なるテーブルを参照する場合に比べて、テーブルデータを記憶するために必要な記憶容量を削減することができる。

また本発明によれば、画像入力装置から入力された画像データを、上記の画像処理装置により画像処理を行い、画像出力装置で画像形成を行う。
これにより、滑らかな階調再現がなされた画像を形成することができる。

また本発明によれば、入力された画像データを所定の階調の画像データに変換して出力する階調再現処理工程を含む画像処理方法である。

補正工程では、画像データを構成する注目画素の画素値のガンマ補正処理を行い、誤差拡散工程では、誤差拡散のためのフィードバックループ内で前記ガンマ補正処理を行う。
また、誤差拡散工程では、以下のように誤差拡散処理が行われる。第１変換工程で、前記補正工程により画素値がガンマ補正された画像データの階調数の変換を行うとともに、画像データの色空間を、入力時とは異なる色空間に変換し、第２変換工程で、前記補正工程によってガンマ補正され、第１変換工程によって色空間が変換された画像データを色空間変換前の色空間に戻す。算出工程で、前記補正工程で入力されるガンマ補正前の画像データの画素値と、前記第２変換工程で出力される画像データの画素値とを比較し、前記補正工程、前記第１変換工程および前記第２変換工程による変換によって生じた誤差を、前記補正工程に入力されるガンマ補正前の画像データの画素である未変換画素に拡散させるために、未変換画素に加算する誤差量を算出すると、誤差加算工程で、算出された誤差量を前記未変換画素の画素値に加算し、前記補正工程で用いる、誤差量が加算された画素値を出力する。

これにより、誤差拡散のためのフィードバックループ内でガンマ補正処理ができるので、ドットゲインによるトーンジャンプの影響を低減し、滑らかな階調再現を実現することが可能となる。

また本発明によれば、上記の画像処理方法をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムおよびこの画像処理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として提供することができる。

図１は、一般的な画像処理装置が適用されるデジタル複写機１１の構成を示すブロック図である。デジタル複写機１１は、前述のグレイ画像に対する階調再現処理をカラー画像に対応させる１）の方法を実現した例である。画像形成装置であるデジタル複写機１１は、カラー画像入力装置１２、カラー画像処理装置１３およびカラー画像出力装置１４で構成される。

カラー画像入力装置１２は、原稿を読み取って画像データに変換するものであり、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などを備えたスキャナ部を含んで構成され、原稿からの反射光をＣＣＤにて読み取り、画素ごとにＲＧＢ（Ｒ：赤・Ｇ：緑・Ｂ：青）のアナログ画像信号に変換し、このアナログ画像信号をカラー画像処理装置１３に出力する。

カラー画像処理装置１３は、Ａ／Ｄ(アナログ／デジタル)変換部２１、シェーディング補正部２２、入力階調補正部２３、領域分離処理部２４、空間フィルタ処理部２５、黒生成部２６、色補正部２７および階調再現処理部２８を備える。

Ａ／Ｄ変換部２１は、画像入力装置１２から与えられるＲＧＢのアナログ画像信号を、デジタル画像信号に変換する。シェーディング補正部２２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号に対して、シェーディング補正処理を施す。シェーディング補正処理は、画像入力装置１２の照明系、結像系および撮像系の構成に起因して画像信号に生じる各種の歪みを取除くために行われる。入力階調補正部２３は、反射率信号に、カラーバランス処理を施すとともに、画像信号を、反射率信号から濃度信号などのような画像処理装置が扱いやすい信号に変換し、ＲＧＢ信号からＣＭＹ（Ｃ：シアン，Ｍ：マゼンタ，Ｙ：イエロー）信号への変換処理（ＲＧＢデータからなる入力画像データを補色反転してＣＭＹデータを求める処理）を行う。

領域分離処理部２４は、入力階調補正部２３から出力されたＣＭＹ信号に基づき、領域分離処理を行う。領域分離処理は、文字および写真が混在する原稿において、特に黒文字あるいは色文字の再現性を高め、写真領域においては、階調性を高めるために、入力画像データの各画素を文字領域、写真領域、網点領域の何れかに分離する。領域分離処理部は、分離結果に基づき、画素がどの領域に属しているかを示す領域識別信号を、空間フィルタ処理部２５、黒生成部２６および階調再現処理部２８へと出力するとともに、入力階調補正部２３から入力された入力画像信号をそのまま後段の空間フィルタ処理部２５に出力する。

空間フィルタ処理部２５は、墨生成部２６で得られたＣＭＹＫの画像信号に対して、デジタルフィルタを用いた空間フィルタ処理を施す。これによって画像の空間周波数特性を補正し、画像出力装置１４が出力する画像に発生するぼやけおよび粒状性の劣化を防止する。たとえば、領域分離処理部２４にて、黒文字として判別された領域には、空間フィルタ処理における鮮鋭度強調処理で高域周波数の強調量を大きくする。領域分離処理部にて写真（網点を含む）として判別された領域には、空間フィルタ処理において、入力網点成分を除去するためのローパス・フィルタ処理が施される。

黒生成部２６は、ＣＭＹの各色信号に基づいて、ブラック（Ｋ）の色信号を生成する黒生成処理を行う。さらに、領域分離処理部２４にて、黒文字として判別された領域には、黒生成量を高く調整し、写真領域（網点を含む）として判別された領域には、黒生成量を出力装置に応じて適量に調整し、黒生成量に応じた下色除去処理が行われ、ＣＭＹの３色信号はＣ’Ｍ’Ｙ’Ｋ（Ｃ’：シアン・Ｍ’：マゼンタ・Ｙ’：イエロー・Ｋ：ブラック）の４色信号に変換される。

色補正部２７は、カラー画像出力装置１４における色再現性の忠実化のために、ＣＭＹの画像信号に色補正処理を施す。色補正処理は、具体的には、不要吸収成分をそれぞれ含むＣＭＹの各トナーやインクの分光特性に基づいた色濁りを、画像信号から取り除く処理と、原稿および複写物（出力画像）間のカラーマッチング処理とを行う。このとき、カラーマッチング処理は、３次元のルックアップテーブルを用いて行われるが、メモリ容量削減の目的で出力ビット数を削減したルックアップテーブルが使用される。そのため、連続した値になるように補間演算処理が行われる。

階調再現処理部２８では、出力機器の特性に合った信号となるように、たとえば誤差拡散処理を用いて階調再現処理を行う。１）の方法では、カラー画像を処理する場合Ｃ'、Ｍ’、Ｙ’、Ｋ’各々の信号に対応して並列処理をするために、４つの誤差拡散処理部を持つ構成とする。

図２は、本発明の実施の一形態である画像処理装置が適用されるデジタル複写機３１の構成を示すブロック図である。デジタル複写機３１は、前述のグレイ画像に対する階調再現処理をカラー画像に対応させる２）の方法を実現した例である。画像形成装置であるデジタル複写機３１は、カラー画像入力装置３２、カラー画像処理装置３３およびカラー画像出力装置３４で構成される。

カラー画像入力装置３２は、図１で示したカラー画像入力装置１２と同様の動作を行う。

カラー画像処理装置３３は、Ａ／Ｄ変換部４１、シェーディング補正部４２、入力階調補正部４３、領域分離処理部４４、空間フィルタ処理部４５、および階調再現処理部４６を備える。

Ａ／Ｄ変換部４１およびシェーディング補正部４２は、図１で示したＡ／Ｄ変換部２１およびシェーディング補正部２２と同様の動作を行う。

入力階調補正処理部４３は、反射率信号に、カラーバランス処理を施すとともに、画像信号を、反射率信号から濃度信号などのような画像処理装置が扱いやすい信号に変換し、ＲＧＢ信号からＣＩＥ１９７６Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊（ＣＩＥ：Commission Internationale de
l'Eclairage、国際照明委員会、L^＊：明度、a^＊・b^＊：色度）色空間のＬ^＊ａ^＊ｂ^＊信号に変換し、変換後のＬ^＊ａ^＊ｂ^＊信号を後段の領域分離処理部４４に入力する。

領域分離処理部４４は、入力階調補正部４３から出力されたＬ^＊ａ^＊ｂ^＊信号に基づき、領域分離処理を行い、領域識別信号を空間フィルタ処理部４５および階調再現処理部４６へと出力すること以外は、図１に示した領域分離処理部２４と同様の動作を行う。空間フィルタ処理部４５は、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊画像信号に対して、デジタルフィルタを用いた空間フィルタ処理を施す。

階調再現処理部４６は、画素単位毎に多次元の入力信号である（Ｌ^＊'、ａ^＊'、ｂ^＊'）を入力信号とし、出力信号（Ｃout、Ｍout、Ｙout）を生成するベクトル誤差拡散処理を行う。図１に示したようなカラー画像処理装置１３においては、出力される色ごとに誤差拡散処理を行う。すなわち、ＣＭＹＫそれぞれの画素濃度を示す１次元の入力画像データに対し、量子化および量子化誤差の生成、拡散処理が行われ、階調数が低下した１次元の出力画像データが得られる。

これに対し、本発明では、ベクトル誤差拡散処理を用い、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の３次元の入力画像データに対し、３次元の量子化および量子化誤差の生成、拡散処理を行い、３次元の出力画像データが得られる。

ベクトル誤差拡散処理を行うにあたっては、画像出力装置に適した出力階調数に対応する出力値を予め決定しておく。ここでは、出力階調数を３値（ペーパーホワイトの値を含む）とした場合について説明する。

画像出力装置においてＣＭＹの３色のトナーを用いる場合、出力値それぞれの組み合わせに応じた色に対するＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値を、測色器などによって予め測定しておく。

図３は、３色３値出力の場合の出力点を示す概念図である。ＣＭＹ３色に対して各々３階調を取り得るので、出力されるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値としては、ペーパーホワイトの値を含めて３×３×３＝２７通りの値を取り得る。ＣＭＹそれぞれの色を直交する３つの軸に対応させると、出力されるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値は、図に示すような３次元空間領域の各格子点（出力点）として表現される。したがって、出力されるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値は、（Ｌｙ^＊，ａｙ^＊，ｂｙ^＊）（1≦ｙ≦２７、ｙは整数）で一般化して表現される。

図４は、ベクトル誤差拡散処理を示すフローチャートである。
まずステップＳ１で、注目画素のＬ^＊を基準に近隣の出力候補点を抽出する。

図５は、近隣出力点を抽出する方法を示す概略図である。注目画素の入力画素値を表すベクトルデータを（Ｌｉ^＊，ａｉ^＊，ｂｉ^＊）とし、入力点の座標も同様にＩ（Ｌｉ^＊，ａｉ^＊，ｂｉ^＊）とする。２７個の出力点からなる３次元空間領域５０は、それぞれ８個の出力候補点から構成される分割領域５１〜分割領域５８に分割される。入力値は、出力値よりも高階調であるので、格子点以外にも位置し、図に示すように、入力点を含む分割領域５２を決定し、この分割領域５２を構成する８点を近隣出力候補点として抽出する。

次にステップＳ２で、入力点と、抽出した近隣出力候補点との距離Ｄを算出する。
図６は、入力点と近隣出力点との距離の計算方法を示す概念図である。近隣出力候補点ＰｚをそれぞれＰ０（Ｌ０^＊，ａ０^＊，ｂ０^＊）、Ｐ１（Ｌ１^＊，ａ１^＊，ｂ１^＊）、Ｐ２（Ｌ２^＊，ａ２^＊，ｂ２^＊）、Ｐ３（Ｌ３^＊，ａ３^＊，ｂ３^＊）、Ｐ４（Ｌ４^＊，ａ４^＊，ｂ４^＊）、Ｐ５（Ｌ５^＊，ａ５^＊，ｂ５^＊）、Ｐ６（Ｌ６^＊，ａ６^＊，ｂ６^＊）、Ｐ７（Ｌ７^＊，ａ７^＊，ｂ７^＊）とすると、距離Ｄは、
Ｄｚ＝（Lｉ^＊-Lｚ^＊）²+（aｉ^＊-aｚ^＊）²+（bｉ^＊-bｚ）²（０≦ｚ≦７、ｚは整数）
で算出できる。

ステップＳ３では、入力点と最も距離が近い出力候補点を出力点として決定する。
ステップＳ２で算出した距離Ｄｚが最も小さくなる出力候補点Ｐを出力点Ｏ（Ｌｏ^＊，ａｏ^＊，ｂｏ^＊）として決定する。ただし、Ｄが最小となる出力候補点が２個以上存在する場合には、Lｉ^＊-Lｚ^＊がより小さい方の出力候補点を出力点とする。この優先順位は、画像形成装置の仕様により変更することは可能であり、Lｉ^＊-Lｚ^＊よりもaｉ^＊-aｚ^＊を優先することも可能であり、また他のパラメータを使って優先順位を付けることも可能である。

ステップＳ４では、入力点と出力点とのベクトル要素の差分を量子化誤差として算出する。

入力値（Li^＊,ai^＊,b i^＊）に対して、出力値（Lo^＊,ao^＊,bo^＊）が決定されると、そのベクトル要素の差分Δを、Δ＝（Li^＊-Lo^＊,ai^＊-ao^＊,bi^＊-bo^＊）で算出する。

ステップＳ５では、算出した量子化誤差を未量子化周辺画素に拡散する。
差分Δを量子化誤差とし、一般的に用いられている誤差拡散処理と同様に、誤差拡散マトリクスを用いて、ベクトルの要素ごとに画素位置に対応した拡散係数を乗算し、未だ量子化されていない画素に対して拡散処理を行う。図７は、誤差拡散マトリクス５０の一例を示す図である。誤差拡散マトリクス５０では、注目画素の周辺画素のうち、４個の未量子化画素に対して、図に示すような拡散係数で量子化誤差を拡散させる。一般的な誤差拡散処理と異なるのは、取り扱う値が１次元の値ではなく、３次元の値、すなわちベクトルデータとなっている点である。

ステップＳ６では、入力画像データを構成する全ての画素について、誤差拡散処理を終了したかどうかを判断し、全ての画素について終了していれば処理を終了し、誤差拡散処理を行っていない画素があれば、ステップＳ１に戻る。

図８は、階調再現処理部４６の構成を示すブロック図である。
階調再現処理部４６は、上記フローチャートで示した誤差拡散処理を行うとともに、ガンマ補正処理および色空間変換処理を行い、加算器５１、ガンマテーブル５２、色空間変換テーブル５３、データ変換テーブル５４、誤差量算出部５５、拡散マトリクス格納部５６および誤差メモリ５７を備えている。

ガンマテーブル５２は、画像データを構成する注目画素の画素値の補正処理を行う補正手段であり、画像出力装置のドットゲインの影響を補償するもので、テーブルの作成方法については後述する。

色空間変換テーブル５３は、入力データ（Ｌ^＊'、ａ^＊'、ｂ ^＊'）にガンマ補正処理を施したデータである（Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊）を、画像出力装置に適応したデータであり、入力時とは異なる色空間であるＣＭＹ色空間データに変換することで、階調数を変換しデータを量子化する変換手段である。すなわち、上記の誤差拡散処理によって、入力データである（Ｌｉ^＊、ａｉ^＊、ｂｉ^＊）値に最も近い（Ｌｏ^＊、ａｏ^＊、ｂｏ^＊）値を求め、対応するＣＭＹデータに変換するものである。色空間変換テーブルは、一般的に知られているマトリクス変換方式などの演算を用いて作成したものを用いることができる。

マトリクス変換は、

で一般的に表すことができる。

また、マトリクスの各要素ａ１１，ａ１２，ａ１３，ｂ２１，ｂ２２，ｂ２３，ｃ３１，ｃ３２，ｃ３３およびＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、画像形成装置の仕様に応じて定まる定数である。Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊の値は、ＸＹＺ表色系の三刺激値ＸＹＺと下記の式で関係付けられる。ここで、Ｘ０・Ｙ０・Ｚ０は完全拡散反射面の三刺激値である。

さらに、ＲＧＢ信号は上記三刺激値と下記の式のより関係付けられるのでＬ^＊ａ^＊ｂ^＊信号からＣＭＹ信号を得ることができる。

このとき、ＣＭＹデータは、画像出力装置の能力に応じて２値または多値のデータとして出力される。また、色空間変換テーブルのテーブルデータは、画像形成装置の仕様において再現可能なビット数を考慮した入力データと出力階調値との関係を考慮して作成される。たとえば、色空間変換テーブルに入力される８ビットのＬ^＊ａ^＊ｂ^＊データは、２ビットのＣＭＹデータに変換（量子化）される。

データ変換テーブル５４は、色空間変換テーブル５３で生成された出力画像データであるＣＭＹデータを、用紙などの記録媒体上に記録（印刷）したときのＬ^＊ａ^＊ｂ^＊データに変換するためのテーブルデータを保存している。テーブルデータの生成は、実際にＣＭＹデータを用紙上に印刷し、測色器で測定するなどの方法を用いて容易に生成することが可能である。

誤差量算出部５５は、ガンマテーブル５２に入力されるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊データを入力データとし、データ変換テーブル５４で変換されたＬ^＊ａ^＊ｂ^＊データを出力データとして、これらの差分を、誤差Δとして算出するとともに、拡散マトリクス格納部５６に記憶されている誤差拡散マトリクスを用いて、未量子化の周辺画素（未変換画素）に拡散させる誤差量を算出する算出手段である。

誤差加算手段である加算器５１は、誤差メモリ５７に蓄えられた誤差量を読み出し、入力画像データの画素値に加算し、ガンマテーブル５２に出力する。

ガンマテーブルは、画像出力装置のドットゲインなど階調再現特性の影響を補償するものであり、ガンマテーブルのテーブルデータ作成は以下のようにして行う。

まず、パターンジェネレータを用いて、図９に示すように、ＣＭＹＫそれぞれのパッチパターン（例えば２５６階調）を出力する。出力されたパッチパターンを測色器で測定し、出力されたＣＭＹデータの組み合わせとＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値との関係を求める。これは、ドットゲインなどの影響により実際に画像出力装置で出力する際のガンマ特性を反映しており、これにより入力値となるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊データと、出力されるＣＭＹデータに対応する測色値であるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊データとの関係がわかる。この関係に基づいてガンマテーブルのテーブルデータを作成する。

さらに、このパッチパターンに対して、ガンマテーブルを反映させてベクトル誤差拡散処理を行い、階調再現処理部に入力されるＬ_１ ^＊ａ_１ ^＊ｂ_１ ^＊データと出力されたパッチパターンのＬ_２ ^＊ａ_２ ^＊ｂ_２ ^＊データとの関係を求め、その関係をガンマテーブルデータに反映することで、ガンマテーブルデータの精度を向上させることができる。なお、この処理を複数回繰り返して行ってもよい。

図１０は、ガンマ補正を行う前の入力値Ｌ_１ ^＊と出力値Ｌ_２ ^＊との関係を示す図である。この特性曲線Ｌが、リニアになるように画像形成装置の仕様に応じたガンマテーブルを作成する。ガンマテーブルデータは、Ｌ^＊信号、ａ^＊信号、ｂ^＊信号に対して個別に１次元のテーブルデータとすることもできるが、組み合わせて２次元または３次元テーブルデータを構成することも可能である。２次元テーブルデータを用いる場合、階調再現および色再現の観点から、Ｌ^＊は濃度を表すパラメータとなるので１次元テーブルとして用い、ａ^＊ｂ^＊は色を表すパラメータとなるので２次元テーブルとして用いる。

また、ガンマテーブルデータと色空間変換テーブルデータとを１つのテーブルデータで構成するなどして、ガンマテーブルデータと色空間変換テーブルデータとを共用可能とするのが好ましい。ガンマテーブルデータと色空間変換テーブルデータを１つのテーブルデータで構成するには、まずＬ^＊信号、ａ^＊信号、ｂ^＊信号に対する個別の１次元ガンマテーブルデータ、および色空間変換テーブルデータを作成する。次に、ガンマテーブルデータ、および色空間変換テーブルデータの入出力特性から、入出力値は１対１に一意的に決定されるので、この関係を基に色空間変換テーブルデータの再構成を行うことで実現する。これにより、テーブルデータを記憶するために必要とするメモリ容量を削減することが可能となる。

なお、パッチデータの数は変更可能であり、図１１に示すパッチデータのように、トナー単色のパッチデータ以外に２次色である、Ｒ、Ｇ、Ｂのパッチデータを使うこと、またはＬ^＊ａ^＊ｂ^＊値を用いてパッチデータを作成することも可能である。

以上のように誤差拡散のためのフィードバックループ内でガンマ補正処理ができるので、ドットゲインによるトーンジャンプの影響を低減し、滑らかな階調再現を実現することが可能となる。

本発明の他の実施形態として、上記の画像処理方法をプリンタドライバとして実現するようにしてもよい。図１２は、コンピュータ１００に備えられるプリンタドライバ１０１の構成を示すブロック図である。コンピュ−タ１００は、プリンタなどの画像出力装置２００と接続し、画像データを出力するために、プリンタドライバ１０１、通信ポートドライバ１０２および通信ポート１０３を備えている。プリンタドライバ１０１は、階調再現処理部１１１およびプリンタ言語翻訳部１１２を含んで構成される。また、通信ポート１０３は、ＲＳ２３２Ｃ規格および各種ＬＡＮ（Local Area Network）規格に準じたインターフェイスであり、通信ポートドライバ１０２によって通信ポート１０３に適した画像データが出力される。

コンピュータ１００において各種のアプリケーションプログラムを実行することにより生成された画像データは、プリンタドライバ１０１の階調再現処理部１１１に送られ、前述のカラー画像処理装置３３に備えられた階調再現処理部４６と同様の階調再現処理が施される。階調再現処理部１１１において処理がなされた画像データは、プリンタ言語翻訳部１１２に送られ、接続される画像出力装置２００に応じたプリンタ言語に変換される。プリンタ言語翻訳部１１２から出力された画像データは、通信ポートドライバ１０２および通信ポート１０３を介して、インクジェット型の画像出力装置２００に出力される。画像出力装置２００では、入力された画像データを紙などの記録媒体に印刷して出力する。画像出力装置２００は、印刷機能の他に複写機能およびファクシミリ通信機能を有するデジタル複合機であってもよい。

また、上記のようなプリンタドライバ１０１をコンピュータ１００側ではなく画像出力装置２００に備えるようにし、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどで撮像された画像データを、メモリカードを介してまたはＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのケーブルを介して入力し、プリンタドライバ１０１で上記と同様の処理を行うようにしても良い。

さらに、本発明の他の実施形態として、上記の画像処理方法をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムおよびこの画像処理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を提供することも可能である。

なお、記録媒体としては、マイクロプロセッサで処理が行われるためのメモリ、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）そのものが記録媒体であってもよいし、また、コンピュータの外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに挿入することで読み取り可能な記録媒体であってもよい。

いずれの場合においても、記録されている画像処理プログラムは、マイクロプロセッサが記録媒体にアクセスすることで実行されてもよいし、マイクロプロセッサが記録媒体から画像処理プログラムを読み出し、読み出された画像処理プログラムをプログラム記憶エリアにダウンロードして、実行してもよい。なお、このダウンロード用のプログラムは予め所定の記憶装置に格納されているものとする。ＣＰＵなどのマイクロプロセッサは、インストールされた画像処理用プログラムに従って所定の画像処理を行うようにコンピュータの各部を統括的に制御する。

また、プログラム読み取り装置で読み取り可能な記録媒体としては、磁気テープ、カセットテープなどのテープ系、フレキシブルディスク、ハードディスクなどの磁気ディスクまたはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）／ＭＯ（Magneto Optical disc）／ＭＤ（Mini Disc）／ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクのディスク系、ＩＣ（Integrated Circuit）カード（メモリカードを含む）／光カードなどのカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭなどの半導体メモリを含めた固定的にプログラムを記録する媒体であってもよい。

また、コンピュータを、インターネットを含む通信ネットワークに接続可能な構成とし、通信ネットワークから画像処理プログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する媒体であってもよい。なお、このように通信ネットワークから画像処理プログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予めコンピュータに格納しておくか、他の記録媒体からインストールされるものであってもよい。

記録媒体から読み取った画像処理プログラムを実行するコンピュータシステムの一例は、フラットベッドスキャナ、フィルムスキャナ、デジタルカメラなどの画像読取装置と、各種プログラムを実行することにより上記の画像処理方法を含めた様々な処理を行うコンピュータと、このコンピュータの処理結果などを表示するＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイなどの画像表示装置と、コンピュータの処理結果を紙などに出力するプリンタなどの画像出力装置とが互いに接続されて構成されるシステムである。さらに、このコンピュータシステムには、通信ネットワークを介してサーバーなどに接続し、画像処理プログラムを含む各種プログラムや画像データなどの各種データを送受信するためのモデムなどが備えられる。

一般的なカラー画像処理装置が適用されるデジタル複写機１１の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の一形態であるカラー画像処理装置が適用されるデジタル複写機３１の構成を示すブロック図である。 ３色３値出力の場合の出力点を示す概念図である。 ベクトル誤差拡散処理を示すフローチャートである。 近隣出力点を抽出する方法を示す概略図である。 入力点と近隣出力点との距離の計算方法を示す概念図である。 誤差拡散マトリクス５０の一例を示す図である。 階調再現処理部４６の構成を示すブロック図である。 ＣＭＹＫのパッチパターンの例を示す図である。 ガンマ補正を行う前の入力値Ｌ_１ ^＊と出力値Ｌ_２ ^＊との関係を示す図である。 パッチパターンの他の例を示す図である。 コンピュータ１００に備えられるプリンタドライバ１０１の構成を示すブロック図である。 ガンマ補正曲線を示すグラフである。

符号の説明

１１，３１ デジタル複写機
１２，３２ カラー画像入力装置
１３，３３ カラー画像処理装置
１４，３４ カラー画像出力装置
２１，４１ Ａ／Ｄ(アナログ／デジタル)変換部
２２，４２ シェーディング補正部
２３，４３ 入力階調補正部
２４，４４ 領域分離処理部
２５，４５ 空間フィルタ処理部
２６ 黒生成部
２７ 色補正部
２８，４６ 階調再現処理部
５１ 加算器
５２ ガンマテーブル
５３ 色空間変換テーブル
５４ データ変換テーブル
５５ 誤差量算出部
５６ 拡散マトリクス格納部
５７ 誤差メモリ

Claims (6)

1. 入力された画像データを所定の階調の画像データに変換して出力する階調再現処理部を備える画像処理装置において、
   階調再現処理部は、
   画像データを構成する注目画素の画素値のガンマ補正処理を行う補正手段と、
   誤差拡散のためのフィードバックループ内で前記ガンマ補正処理を行う誤差拡散手段とを有し、
   前記誤差拡散手段は、
   前記補正手段により画素値がガンマ補正された画像データの階調数の変換を行うとともに、画像データの色空間を、入力時とは異なる色空間に変換する第１変換手段と、
   前記補正手段によってガンマ補正され、第１変換手段によって色空間が変換された画像データを色空間変換前の色空間に戻す第２変換手段と、
   前記補正手段に入力されるガンマ補正前の画像データの画素値と、前記第２変換手段から出力される画像データの画素値とを比較し、前記補正手段、前記第１変換手段および前記第２変換手段による変換によって生じた誤差を、前記補正手段に入力されるガンマ補正前の画像データの画素である未変換画素に拡散させるために、未変換画素に加算する誤差量を算出する算出手段と、
   算出された誤差量を前記未変換画素の画素値に加算し、誤差量が加算された画素値を前記補正手段に出力する誤差加算手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記補正手段および前記第１変換手段は、それぞれ補正および変換を行う際に参照するテーブルを共有するように構成され、
   前記共用するテーブルは、変換前の色空間の各要素に対する個別の１次元ガンマテーブルデータおよび色空間変換用のテーブルデータを作成し、１次元ガンマテーブルデータおよび色空間変換用のテーブルデータの入出力特性に基づいて、入出力値が１対１に一意的に決定された色空間変換用のテーブルデータを再構成することで得られたテーブルであることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 画像データを、画像処理装置に入力する画像入力装置と、
   請求項１または２に記載の画像処理装置と、
   前記画像処理装置によって画像処理された画像データに基づいて画像を形成する画像出力装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
4. 入力された画像データを所定の階調の画像データに変換して出力する階調再現処理工程を含む画像処理方法において、
   階調再現処理工程は、
   画像データを構成する注目画素の画素値のガンマ補正処理を行う補正工程と、
   誤差拡散のためのフィードバックループ内で前記ガンマ補正処理を行う誤差拡散工程とを有し、
   前記誤差拡散工程は、
   前記補正工程により画素値がガンマ補正された画像データの階調数の変換を行うとともに、画像データの色空間を、入力時とは異なる色空間に変換する第１変換工程と、
   前記補正工程によってガンマ補正され、第１変換手段によって色空間が変換された画像データを色空間変換前の色空間に戻す第２変換工程と、
   前記補正工程で入力されるガンマ補正前の画像データの画素値と、前記第２変換工程で出力される画像データの画素値とを比較し、前記補正工程、前記第１変換工程および前記第２変換工程による変換によって生じた誤差を、前記補正工程で入力されるガンマ補正前の画像データの画素である未変換画素に拡散させるために、未変換画素に加算する誤差量を算出する算出工程と、
   算出された誤差量を前記未変換画素の画素値に加算し、前記補正工程で用いる、誤差量が加算された画素値を出力する誤差加算工程とを有することを特徴とする画像処理方法。
5. コンピュータに請求項４記載の画像処理方法を実行させるための画像処理プログラム。
6. コンピュータに請求項４記載の画像処理方法を実行させるための画像処理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。

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