JP4605782B2 - デュアルハーフトーンを用いるレーザプリント装置 - Google Patents

Description

この発明は、デュアルハーフトーンを用いる印刷に関する。

カラーおよびグレー値のデジタル画像は、いずれもピクチャ・エレメント（画素）で構成され、ここで、それぞれの画素は、色またはグレーレベルのいずれかを規定する複数のバイナリビットで表現される。このような画像を２階調プリンタで表現するには、通常、デジタルハーフトーン化処理を使用して、個々のカラーまたはグレーレベルの画素を２値階調画素に変換する。

デジタルハーフトーン化(digital halftoning)は、連続階調の画像を、ビット深度(bit-depth)の低い画像（典型的には、元の（オリジナルの）連続階調画像のように見せるための２値の画像）に、該ビット深度の低いピクチャエレメントの注意深い配置を介して、変換する処理である。この処理は、空間ディザリングとも呼ばれる。カラー画像の場合、通常、カラーの連続階調画像がカラーチャネルに分離される。次に、カラーチャネル毎に、別々のハーフトーンが形成される。

典型的には、レーザプリンタの場合、写真、グレースケールが一定の領域、またはグラデーション模様については、インチ当たりライン数（ｌｐｉ(lines per inch)）が低い、例えば１００〜１５０ｌｐｉを用いた、順序付けされた（ordered）クラスタドットのハーフトーンが最適である。低いｌｐｉを用いたハーフトーンでは、バンディング（縞模様）のような印刷アーティファクトは低減するが、文字（テキスト）および線画に見られる鮮明なエッジについて、ギザギザのエッジが生じることがある。文字および線画には、高いｌｐｉ、例えば２００〜３００ｌｐｉを用いたハーフトーンが最適であるが、写真、グレースケールが一定の領域、およびグラデーション模様にはあまり適していない。バンディングのような印刷アーティファクトは、ｌｐｉが高くなるほど目立つようになる。

本発明は、このような課題を解決するものである。

本発明の一つの側面によると、メモリおよびプロセッサを備える印刷システムが提供される。メモリは、画像を表す画像データを格納するよう構成される。プロセッサは、該画像の第１の部分に対して第１のデジタルハーフトーン処理を行い、該画像の第２の部分に対して第２のデジタルハーフトーン処理を行うよう構成される。

以下の好適な実施形態の詳細な説明では、本発明を実施することができる具体的な実施形態を例として示す図面を参照する。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を使用しても、また、構造的または論理的な変更を行ってもよいことは、理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきでなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。

図１Ａは、印刷システム１００Ａの主要な構成要素の一実施形態を示すブロック図である。印刷システム１００Ａは、ホストすなわちコンピュータ１０２およびプリンタ１２０を備える。一実施形態において、プリンタ１２０は、レーザプリンタすなわちレーザ印刷装置である。

コンピュータ１０２は、プロセッサ１０４と、メモリ１０８と、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１１６と、を備え、これらは、バス１０６により互いに通信可能に接続されている。ドライバ１１０、印刷されるデータ１１２、および画像データ１１４が、メモリ１０８に格納される。一実施形態において、ドライバ１１０は、プロセッサ１０４によって実行され、印刷すべきデータ１１２を、画像データ１１４にレンダリングする(render)。これは、以下で図２〜図５を参照してさらに詳述するデュアルハーフトーン処理を行うことを含む。印刷すべきデータ１１２は、画像ファイル、文書処理ファイル等といった、任意の種類の印刷可能なデータであり得る。一実施形態において、画像データ１１４は、行および列を有し、それぞれの行および列の交点に、１画素が規定される。本発明の一形態において、画像データ１１４は複数の画素を含み、それぞれの画素は、マルチビット値で表現される（すなわち、それぞれの画素は、Ｎビット値（Ｎは２以上）で表現される）。一実施形態において、画像データ１１４のそれぞれの画素は、２ビット値（例えば、黒、白、および２つのグレーレベル）で表現される。別の実施形態において、画像データ１１４のそれぞれの画素は、４ビット値で表現される。別の実施形態において、それぞれの画素は１ビット値（例えば、黒および白）で表現される。

プリンタ１２０は、プロセッサ１２２と、Ｉ／Ｏインターフェース１２６と、メモリ１２８と、レーザプリントエンジン１３０と、を備え、これらは、バス１２４により互いに通信可能に接続されている。プリンタ１２０のＩ／Ｏインターフェース１２６は、通信リンク１１８を介してコンピュータ１０２のＩ／Ｏインターフェース１１６に電気的に接続される。一実施形態において、Ｉ／Ｏインターフェース１１６および１２６は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェースのようなシリアルインターフェースであり、通信リンク１１８は、ＵＳＢケーブルである。別の実施形態において、Ｉ／Ｏインターフェース１１６および１２６は、ネットワークインターフェースであり、通信リンク１１８は、ローカルエリアネットワークのようなネットワークである。他の実施形態では、無線通信用のものを含む他の種類のインターフェースおよび通信リンクを用いてもよい。

コンピュータ１０２は、データ１１２を画像データ１１４にレンダリングした後、画像データ１１４を、通信リンク１１８を介してプリンタ１２０に出力する。受け取られた画像データ１１４は、プリンタ１２０のメモリ１２８に格納され、そこで、レーザプリントエンジン１３０によって読み出されて処理され、媒体に印刷される。一実施形態において、画像データ１１４は、コンピュータ１０２によって、通信リンク１１８を介してプリンタ１２０に伝送するために圧縮される。その場合、画像データ１１４は、プリンタ１２０によって、ファームウェアまたは専用ハードウェアにより伸張される。

図１Ｂは、印刷システム１００Ｂの主要な構成要素の別の実施形態を示すブロック図である。印刷システム１００Ｂは、印刷システム１００Ａと同様のハードウェアを含む。ただしシステム１００Ｂでは、画像データ１１４は、コンピュータ１０２ではなくプリンタ１２０によってレンダリングされる。一実施形態では、ドライバ１４０が、印刷すべきデータ１１２を、記述ファイル(description file)１４２に変換する。本発明の一形態では、ドライバ１４０は、データ１１２を記述ファイル１４２に変換するプリンタコマンド言語（printer command language）（ＰＣＬ）ドライバである。記述ファイル１４２は、データおよび高レベルコマンド（例えば、Ｈｅｌｖｅｔｉｃａ（ヘルベチカ）の１２ポイントの文字「Ｑ」を、ページ位置ｘ，ｙに配置せよ）を含む。コンピュータ１０２は、通信リンク１１８を介して記述ファイル１４２をプリンタ１２０に転送し、プリンタ１２０は、ファイル１４２をメモリ１２８に格納する。

次に、プロセッサ１２２が、記述ファイル１４２を画像データ１１４にレンダリングする。これは、以下で図２〜図５を参照してさらに詳述するデュアルハーフトーン処理を行うことを含む。一実施形態において、プリンタ１２０は、記述ファイル１４２を画像データ１１４にレンダリングするＰＣＬファームウェアを備える。画像データ１１４は、プリンタ１２０のメモリ１２８に格納され、そこでレーザプリントエンジン１３０によって読み出されて処理され、媒体に印刷される。

図２は、５０％のグレースケールの拡大文字「Ｈ」１１２ａの一実施形態を示す画像である。拡大文字「Ｈ」１１２ａは、印刷すべきデータ１１２の一部である。拡大文字「Ｈ」１１２ａは、プロセッサ１０４またはプロセッサ１２２によって、画像データ１１４にレンダリングされる。

図３は、デジタルハーフトーン処理を画像に適用してハーフトーン画像１１４ａを生成した後の拡大文字「Ｈ」１１２ａの一実施形態を示す画像である。例えば１５０に示すように、ハーフトーン画像１１４ａ中の各正方形は、画素を表す。この実施形態において、ハーフトーン画像１１４ａは、画素当たり２ビットのデータを含み、その結果、４つの可能な画素値が得られる。これらの４つの可能な画素値には、例えば１５２に示すような０（白）、例えば１５６に示すような１（明るいグレー）、例えば１５８に示すような２（暗いグレー）、および例えば１５４に示すような３（黒）が含まれる。４つの画素値は、各画素に印加されるトナーの量を示し、ここで、トナーを画素に全く印加しない白から、トナーを画素全体に印加する黒までの範囲がある。１画素当たり２ビットのハーフトーン画像１１４ａは、文字「Ｈ」が原寸大で印刷される場合、５０％のグレースケールの文字「Ｈ」１１２ａを近似することとなる。

しかしながら、このハーフトーン処理は、例えば１６０に示すようなギザギザなエッジを生じさせる。ハーフトーン画像１１４ａが印刷されると、該ギザギザエッジにより、画像の鮮明度が低下して見える。ギザギザエッジは、画素エッジが黒および白の両方の値を持つこと、および、白（または黒）の画素間の間隔に起因するものである。ｌｐｉが低いパターンほど該間隔が大きくなるため、隣接する白の画素および隣接する黒の画素の連なりが大きくなる。ｌｐｉが低いパターンはまた、ｌｐｉの高いパターンのような高周波成分よりも、人間の視覚系に気付かれ易い低周波成分を有する。

図４は、デュアルデジタルハーフトーン(dual digital halftone)処理を画像に適用してデュアルハーフトーン画像１１４ｂを生成した後の、拡大文字「Ｈ」の一実施形態の画像である。この実施形態では、デュアルハーフトーン画像１１４ｂの例えば１７０に示すようなエッジは、０（白）の画素値を持たない。デュアルハーフトーン画像１１４ｂのエッジに０（白）の画素値がないことで、エッジが鮮明になると共に、ハーフトーン画像１１４ａに示されるギザギザエッジを防ぐことができる。

ギザギザのエッジは、以下で図５を参照してさらに詳述されるように、デュアルハーフトーン画像１１４ｂのエッジに異なるハーフトーンを適用することによって補正される。デュアルハーフトーン画像１１４ｂの内部(interior)は、単一のハーフトーンが適用されるハーフトーン画像１１４ａと同様である。この実施形態では、ハーフトーン画像１１４ａおよびデュアルハーフトーン画像１１４ｂの内部を、インチ当たり１２０ライン（ｌｐｉ）の４５°のブラックスクリーン(black screen)により、ハーフトーン化する。デュアルハーフトーン画像１１４ｂのエッジは、各エッジ部分のエッジ値を近似するよう、エッジ部分当たり２つの可能な画素値でハーフトーン化される。

一実施形態において、ハーフトーンアルゴリズムは、エッジ入力をわずかに暗くし、その後、入力パーセンテージに最も近い２つの出力レベルをセミランダム(semi-randomly)に出力する。例えば、１画素当たり２ビットの出力の場合（ここで、０＝レーザの０／３パルスであり、１＝レーザの１／３パルスであり、２＝レーザの２／３パルスであり、３＝レーザの３／３パルス（すなわち、フルパルス）である）、１画素当たり８ビットの入力について、１２８というエッジ値を、１５３にバイアスすることができる。これは、２５５であるフルパルス値の約６０％である。したがって、このハーフトーンアルゴリズムは、平均してエッジの約６０％をカバーしようとする。このカバレージ（カバーの割合）は、５０％ではなく（これは、１と２の間を均等に交互に変えた場合に生じる）、６０％に近づくように２にバイアスしながら、出力レベルを、１と２（１／３と２／３）の間でセミランダムに変化させることにより得られる。

グレースケールを用いて黒と白の変化を防ぐことによって、変調の振幅が下がる。出力レベルをセミランダムに変化させることによって、パターンは、非常に高い周波数成分を持つ。グレースケールと出力レベルのセミランダムな変化との組み合わせにより、人間の視覚系で観察したときに鮮明なエッジが得られる。

図５は、データ１１２を、デュアルハーフトーンを有する画像データ１１４にレンダリングする方法２００の一実施形態を示すフロー図である。方法２００は、プロセッサ１０４またはプロセッサ１２２によって実行される。２０２において、画像処理を開始する。２０４において、画像データ１１４の行（Ｒｏｗ）を１に等しくなるよう設定するとともに、画像データ１１４の列（Ｃｏｌ）を１に等しくなるよう設定する。２０６において、選択された画素の周囲にデータ窓(window of data)を作成する。２０８において、プロセッサが、選択された画素がエッジ画素かどうかを判定する。選択された画素がエッジ画素でない場合、２１６において、ハーフトーン方法１（通常のハーフトーン）に基づいて出力を行う。選択された画素がエッジ画素である場合、２１０において、プロセッサは、該エッジの外側の近傍画素との強度差が２５％または他の適切な値よりも大きいかを判定する。エッジの外側の近傍画素との強度差が２５％または他の適切な値よりも大きい場合、２１２において、エッジ画素の強度を調整する。エッジの外側の近傍画素との強度差が２５％または他の適切な値未満である場合、２１６において、ハーフトーン方法１（通常のハーフトーン）に基づいて出力を行う。

２１４では、エッジ画素に対してハーフトーン方法２（代替的なハーフトーン）に基づいて出力を行う。２１８において、Ｃｏｌ（列）を１だけインクリメントする。２２０において、プロセッサは、画像データ１１４の最後の列を処理したかどうかを判定する。画像データ１１４の最後の列を処理していない場合、制御はブロック２０６に戻り、画像データ１１４の次の列の処理を開始する。画像データ１１４の最後の列を処理した場合、２２２において、Ｃｏｌを１に等しくなるように設定し、Ｒｏｗ（行）を１だけインクリメントする。２２４において、プロセッサは、画像データ１１４の最後の行を処理したかどうかを判定する。画像データ１１４の最後の行を処理した場合、２２６において、画像データ１１４の処理が終了する。画像データ１１４の最後の行を処理していない場合、制御はブロック２０６に戻り、画像データ１１４の次の行の処理を開始する。

一実施形態において、ハーフトーン方法２（代替的なハーフトーン）は、印刷したときにギザギザではなく鮮明に見えるエッジを再現することができる任意の適切なハーフトーンである。ハーフトーン方法１（通常のハーフトーン）は、一実施形態において、強度の滑らかな変化（傾斜）をレンダリングし、バンディングを実質的に除去することができる任意の適切なハーフトーンである。一実施形態において、ハーフトーン方法２（代替的なハーフトーン）は、画像の非エッジ部分に用いられるハーフトーン方法１（通常のハーフトーン）よりも高いｌｐｉを用いる。例えば、一実施形態において、ハーフトーン方法１（通常のハーフトーン）は、１００〜１５０ｌｐｉの範囲のハーフトーンであり、ハーフトーン方法２（代替的なハーフトーン）は２００〜３００ｌｐｉの範囲、例えば２１２ｌｐｉのハーフトーンである。他の実施形態では、ハーフトーン方法１（通常のハーフトーン）およびハーフトーン方法２（代替的なハーフトーン）に、他のハーフトーンを用いることができる。

本明細書中では具体的な実施形態を例示および説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、図示および説明した具体的な実施形態の代わりに様々な代替の実施態様および／または均等な実施態様を用いてもよいことを理解するであろう。本願は、本明細書中で考察される具体的な実施形態の任意の適応または変形を網羅することを意図する。したがって、本発明は、特許請求の範囲とその均等物によってのみ制限されることが意図される。

印刷システムの主要な構成要素の一実施形態を示すブロック図。 印刷システムの主要な構成要素の別の実施形態を示すブロック図。 ５０％のグレースケールの拡大文字「Ｈ」の一実施形態を示す画像。 デジタルハーフトーン処理を画像に適用した後の拡大文字「Ｈ」の一実施形態を示す画像。 デュアルデジタルハーフトーン処理を画像に適用した後の拡大文字「Ｈ」の一実施形態を示す画像。 デュアルデジタルハーフトーン処理を画像に適用する方法の一実施形態を示すフロー図。

符号の説明

１００Ａ、１００Ｂ 印刷システム
１０４ プロセッサ
１０８ メモリ

Claims (18)

1. 画像を表す画像データを格納するメモリと、
   前記画像の第１の部分に対して第１のデジタルハーフトーン処理を行い、前記画像の第２の部分に対して第２のデジタルハーフトーン処理を行うプロセッサとを備え、
   前記第１の部分は、前記画像のエッジであり、前記第２の部分は、前記画像のエッジでなく、
   前記第１のデジタルハーフトーン処理は、前記第２のデジタルハーフトーン処理よりも高い解像度を有し、
   前記プロセッサは、前記画像中の隣接画素の強度値を比較することによって、エッジである前記第１の部分を特定し、エッジでない前記第２の部分を特定し、
   前記第１のデジタルハーフトーン処理は、前記画像のエッジの複数の画素値のそれぞれに対して、デジタルハーフトーン処理されることにより表現可能な複数の画素値のうちの、前記画像データの画素値に最も近い２つの０でない画素値のうちの１つを、前記２つの画素値の中の大きい画素値にバイアスしながらセミランダムに選択することによって、前記画像のエッジの複数の前記画素値を近似する、印刷システム。
2. 前記高い解像度は、前記第２のデジタルハーフトーン処理よりもインチ当たりのライン数（ｌｐｉ）が高い、
   請求項１に記載の印刷システム。
3. 前記第１のデジタルハーフトーン処理は、インチ当たり約２００ライン（ｌｐｉ）から約３００ｌｐｉの範囲のハーフトーンを含む、
   請求項１または２に記載の印刷システム。
4. 前記第２のデジタルハーフトーン処理は、インチ当たり約１００ライン（ｌｐｉ）から約１５０ｌｐｉの範囲のハーフトーンを含む、
   請求項１から３のいずれかに記載の印刷システム。
5. 前記第１の部分は、少なくとも１つの画素の幅である、
   請求項１から４のいずれかに記載の印刷システム。
6. 画像データを格納するメモリと、
   前記画像データの画像のエッジを特定し、前記画像のエッジに位置する画像データに対し第１のハーフトーン処理を行い、前記画像のエッジに位置しない画像データに対し第２のハーフトーン処理を行うプロセッサとを備え、
   前記第１のハーフトーン処理は、前記第２のハーフトーン処理よりも高い解像度を有し、
   前記プロセッサは、前記画像中の隣接画素の強度値を比較することによって、前記画像のエッジを特定し、
   前記プロセッサは、前記画像のエッジの複数の画素値のそれぞれに対して、表現可能な複数の画素値のうちの、前記画像データの画素値に最も近い２つの０でない画素値のうちの１つを、前記２つの画素値の中の大きい画素値にバイアスしながらセミランダムに選択することによって、前記画像のエッジの複数の前記画素値を近似する、印刷システム。
7. 前記画像データを印刷するレーザプリントエンジンを更に備える、
   請求項６に記載の印刷システム。
8. 前記第１のハーフトーン処理は、前記第２のハーフトーン処理よりもインチ当たりのライン数（ｌｐｉ）が高い、
   請求項６または７に記載の印刷システム。
9. 画像データを受け取る工程と、
   第１の画素の強度値と、前記第１の画素に隣接した第２の画素の強度値とを比較することにより、前記画像データにおいて、エッジを含む第１の画像部分と、エッジを含まない第２の画像部分とを特定する工程と、
   前記画像データのエッジの複数の画素値のそれぞれに対して、表現可能な複数の画素値のうちの、前記画像データの画素値に最も近い２つの０でない画素値のうちの１つを、前記２つの画素値の中の大きい画素値にバイアスしながらセミランダムに選択することによって、前記第１の画像部分に対して第１のハーフトーンを適用する工程と、
   前記第２の画像部分に対して第２のハーフトーンを適用する工程と、
   前記適用された第１のハーフトーンおよび前記適用された第２のハーフトーンを用いて、前記画像データを印刷する工程とを含み、
   前記第１のハーフトーンを適用する工程は、前記第２のハーフトーンよりも高い解像度を有するハーフトーンを適用する工程を含む、印刷方法。
10. 前記高い解像度は、インチ当たりのライン数（ｌｐｉ）が前記第２のハーフトーンよりも高い、
    請求項９に記載の画像の印刷方法。
11. 前記第２のハーフトーンは、インチ当たり約１００ライン（ｌｐｉ）から約１５０ｌｐｉの範囲のハーフトーンを含む、
    請求項９または１０に記載の画像の印刷方法。
12. 前記第１のハーフトーンは、インチ当たり約２００ライン（ｌｐｉ）から約３００ｌｐｉの範囲のハーフトーンを含む、
    請求項９から１１のいずれかに記載の画像の印刷方法。
13. 前記画像データを受け取る工程は、文字を含む画像データを受け取ることを含む、
    請求項９から１２のいずれかに記載の画像の印刷方法。
14. 画像を印刷するためのプログラムであって、コンピュータに
    画像データを受け取る工程と、
    第１の画素の強度値と、前記第１の画素に隣接した第２の画素の強度値とを比較することにより、前記画像データにおいて、エッジを含む第１の画像部分と、エッジを含まない第２の画像部分とを特定する工程と、
    前記画像データのエッジの複数の画素値のそれぞれに対して、表現可能な複数の画素値のうちの、前記画像データの画素値に最も近い２つの０でない画素値のうちの１つを、前記２つの画素値の中の大きい画素値にバイアスしながらセミランダムに選択することによって、前記第１の画像部分に対して第１のハーフトーンを適用する工程と、
    前記第２の画像部分に対して第２のハーフトーンを適用する工程と、
    前記適用された第１のハーフトーンおよび前記適用された第２のハーフトーンを用いて、前記画像データを印刷する工程とを実行させ、
    前記第１のハーフトーンを適用する工程は、前記第２のハーフトーンよりも高い解像度を適用する工程を含む、プログラム。
15. 前記高い解像度は、インチ当たりのライン数（ｌｐｉ）が前記第２のハーフトーンよりも高い、
    請求項１４に記載のプログラム。
16. 前記第２のハーフトーンは、インチ当たり約１００ライン（ｌｐｉ）から約１５０ｌｐｉの範囲のハーフトーンを含む、
    請求項１４または１５に記載のプログラム。
17. 前記第１のハーフトーンは、インチ当たり約２００ライン（ｌｐｉ）から約３００ｌｐｉの範囲のハーフトーンを含む、
    請求項１４から１６のいずれかに記載のプログラム。
18. 前記画像データを受け取る工程は、文字を含む画像データを受け取ることを含む、
    請求項１４から１７のいずれかに記載のプログラム。

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