JP4637766B2 - 色誤差拡散 - Google Patents

Description

本発明は、連続階調画像をハーフトーン化する方法に関する。更に詳細には、本発明は、ハーフトーン化のための誤差拡散方法に関する。

ある特定の画像は、ピクセルのパターン（例えばアレイ）より構成されることがある。各々のピクセルは画像の定められた位置（例えば格子状セル）に対応し、階調情報を含む。（例えば１つのピクセルに対応する）特定の点の階調情報、あるいは画像領域は、一般に色の成分（可視光の一つあるいはそれ以上の周波数に関係）と強度の成分（ピクセルの光放射強度に関係）から成る。

カラー画像においては、一例として、特定のピクセルは色の３つの値（赤に対してＲ、緑に対してＧ、青に対してＢ）によって定められる階調情報を持つ場合がある。単純に言えば、これらの値の大きさはそれぞれ、ピクセルの位置における個々の色の強度を表す。グレースケール画像では、１つのピクセルの色の値は一般にただ１つ（グレー）であり、該値の大きさは、ピクセルにおけるグレーの濃淡（一般に該色の強度に関係する）を表す。

ハーフトーン化とは、ある量の階調情報を含む、元となる画像（概して「連続階調画像」と呼ばれる）を取り込むことと、該画像を、階調情報のより少ない、目標とする画像へと変換することを意味する。

グレースケールのハーフトーン化では、このことはいくつかの実行操作において次のことを意味する。すなわち、例えば連続階調グレースケール画像（例えば、各々のピクセルは８ビットのグレー値を持ち、したがってグレーの２５６の異なる濃淡のうちの一つにより定められる）を、ハーフトーン化された画像（例えば各々のピクセルは、１ビットのグレー値のみを持ち、したがって、グレーの２つの異なる濃淡（通常黒もしくは白）のうちの１つにより定められる）に変換することである。カラーのハーフトーン化では、このことは、例えば連続階調カラー画像（例えば、各々のピクセルがＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の値を持ち各々の値が８ビットであるＣＭＹＫ画像）を、ハーフトーン化されたカラー画像（例えば、各々のピクセルがＣＭＹＫの値を持ちそれぞれの値が１ビットのみであるＣＭＹＫ画像）に変換することを意味するだろう。

デジタルカラーハーフトーン化では、描画装置は元来二進法的なものである。これは、インクの利用可能な色のいずれに対しても、任意の特定の位置でドットあるいはピクセルのどちらかを生じるか、またはドットあるいはピクセルのどちらも生じないかであるということを意味する。誤差拡散等の、いくつかのデジタルのハーフトーン化方法が存在する。誤差拡散法は量子化処理を含み、該量子化タスクから得られる誤差にフィルタをかけるかあるいは拡散する過程がそれに続く。一般に、量子化に際して、ピクセルには、処理済のいくつかのピクセルの重み付き誤差値に加え、元となる画像のピクセルの強度値に基づく修正強度値が与えられる。その後これらの修正強度値は閾値と比較され、比較の結果に基づいて、与えられた修正強度値がハーフトーン化された画像でＯＮあるいはＯＦＦされる。そして量子化タスクにおける誤差（ピクセルの実際の強度と閾値との差）は、該誤差を隣接するピクセルのレベルに加算することにより拡散される。

デジタルカラーハーフトーン化の二つの種類は、スカラー誤差拡散およびベクトル誤差拡散を含み、どちらも色の複数の層（分解（セパレーション））を有する画像を処理する。スカラー誤差拡散では、他の層をハーフトーン化する際の結果や誤差に関係なく、それぞれの分解が別々に処理される。ベクトル誤差拡散では、二つかそれ以上の分解が同時に処理され、一つの分解を処理する際に生じる結果や誤差は、他の分解を処理する際に考慮される。

米国特許第５，５６５，９９４号 米国特許第６，０１４，２３３号 米国特許第６，５３５，６３５号 米国特許第６，７６０，１２７号 ダメラ・ベンカタ（Damera-Venkata）等著，「色誤差拡散ハーフトーン化（Color Error Diffusion Halftoning）」,アイトリプルイー（IEEE）信号処理マガジン（Signal Processing Magazine），Vol.20，No.4，２００３年７月，ｐ．５１−５８ ファン（Fan）等著，「色誤差拡散における改良された量子化法（Improved quantization methods in color error diffusion）」ジャーナル・オブ・エレクトロニック・イメージング（Journal of Electronic Imaging），Vol.8，No.4，１９９９年１０月，ｐ．４３０−４３８

本発明は、元となる画像をハーフトーン化する方法を含む。ハーフトーン化は、事前描画された画像の複数の色分解のうち第二の分解を誤差拡散処理した後、前記事前描画された画像の該複数の色分解のうち第一の分解を誤差拡散処理することを含む。第一の分解の誤差拡散処理は、該第一の分解に対応する各々のピクセル値に対して、該各々のピクセル値の各々の大きさを、第二の分解の誤差拡散処理の関数として選択することを含む。描画済画像は出力され、該描画済画像は同じ複数の色分解を含む。出力される前記描画済画像には、第一の分解に関しては、該各々の大きさに基づくピクセル情報が含まれる。

実施例は以下で図面を参照して説明され、図面全体を通して、同じ符号は同じ対象物を表すものとする。図１は、処理されるべき画像１０の概略図である。図示した画像１０は連続階調画像を表す。連続階調画像を、特定の描画ユニットによって再現されうるよりもより多くの階調情報を有する任意の画像であると考えてもよい。画像１０は、写真画像、デジタル画像、あるいは一つの媒体で創り出されその後デジタル化される画像を含む、任意の種類あるいは起源の連続階調画像であってよい。また、画像１０は写真である必要はなく、その代わりにテキストと図のどのような組み合わせから成っていてもよい。

画像１０は、例えば様々な種類の印字装置、オフィス文書処理システム、および一般の計算システム等の異なる種類の描画装置によってハーフトーン化されてもよい。ハーフトーン化された画像は、最終的に印刷された文書、計算機のモニタ上、あるいは他の装置に、限られた数の利用可能な色で提供あるいは表示される。

画像１０のような連続階調画像をハーフトーン化する際には、元となる画像に存在する階調情報の範囲が伝えられる時に、描画装置は、目標とする画像を一組の別々のカラー層（分解と呼ばれる）によって表示してもよく、該カラー層が組み合わされた時に、人間の目に認識される。図２はシアン、マゼンタ、イエロー、ブラック（ＣＭＹＫ）を用いる画像１０についての、典型的な色分解を示す。別のカラースキーム（もしくは色空間と呼ばれる）を用いてもよい。図２に示されるように、ＣＭＹＫカラースキームでは、画像１０はシアンの分解１２、マゼンタの分解１４、イエローの分解１６、ブラックの分解１８から成る。画像が、表示あるいは印字に適合した形で記憶、描出、出力される時、または画像が表示あるいは印字される時に、該画像が描画される。

図３の概略図に示されるように、画像１０等の画像は、描画ユニットまたは装置２０によって処理され、ハーフトーン化された画像１０を創り出してもよい。描画装置２０は上記のどの装置であってもよい。また「描画装置」という用語は、多機能文書処理システムのような、ハーフトーン化操作を実行する、より大型の装置の一部を網羅する用語と解釈してもよい。

図３に示されるように、図示される描画ユニットまたは装置２０は、本明細書で述べられる方法に従ってハーフトーン化を容易にするための、多数の要素を備えてもよい。具体的には、図３に示されるように、図示される描画ユニットまたは装置２０は、図３に示されないかまたは本明細書中で述べられない他の要素のうち、色分解処理装置３０、誤差拡散エンジン３２、描画回路３４、および制御装置３６を備える。色分解処理装置３０は、特定のカラースキームを有する元となる画像を、異なるカラースキームの色分解に分解する。誤差拡散エンジンは、色分解上で誤差拡散処理を実行する。制御装置３６は誤差拡散エンジン３０を制御し、元となる画像をハーフトーン化する。ハーフトーン化は、事前描画された画像の複数の色分解のうち第二の分解を誤差拡散処理した後、事前描画された画像の該複数の色分解のうち第一の分解を誤差拡散処理することを含む。第一の分解の誤差拡散処理は、第一の分解に対応する各々のピクセル値に対して、該各々のピクセル値の各々の大きさを、第二の分解の誤差拡散処理の関数として選択することを含む。「第一の」および「第二の」という用語は、段落中において色分解が「第一の」として言及された結果「第一の分解」と呼ばれるということを除いて、色分解の間のいかなる順序あるいはその他のいかなる関係も示すものではない。

描画回路３４は、同じ複数の色分解を含む、描画済画像を出力する。出力される描画済画像には、第一の分解に関しては、それぞれの大きさに基づくピクセル情報が含まれる。

図示される描画装置またはユニットの作動の際には、元となる画像がハーフトーン化され、その後描画された（目標とする）画像が出力される。元となる画像をハーフトーン化する際には、事前描画された画像の複数の色分解のうち第二の分解を誤差拡散処理した後、事前描画された画像の複数の色分解のうち第一の分解において誤差拡散処理が実行される。図４に示されるように、また以下でより十分に説明されるように、一組の色分解はＣ、Ｍ、Ｙ、およびＫから成ってもよく、事前描画された画像の各々の色分解が処理されてもよい。特に、色分解は、特定の一連の順序で処理されてもよい。

第一の分解の誤差拡散処理は、第一の分解の各々のピクセルに対して、該各々のピクセルの大きさを第二の分解の誤差拡散処理の関数として選択することを含む。より具体的には、ピクセル情報は、描画済画像の画像ピクセルを、第一の分解に対してアクティブ（作動）かインアクティブ（非作動）として選択することを表してもよい。第一の分解が特定の画像ピクセルでアクティブとして選択される時、該特定のピクセルに対応して、ドットが、描画済画像内の位置で、該第一の分解の色で表示または印字される。

誤差拡散処理は、複数の色分解のそれぞれで、特定の一連の順序で実行されてもよい。また、描画済画像の出力は、出力される色分解の各々に対し、もし画像のドットあるいはピクセルに対する修正された入力が、前に処理された色分解の対応するドットあるいはピクセルに結びついた誤差拡散値の関数として決定される特定の閾値定数よりも大きい場合には、画像のドットあるいはピクセルをアクティブとして選択することを含んでよい。そうでない場合には、画像のドットあるいはピクセルはインアクティブとして選択されてよい。

修正された誤差は、少なくとも一つの影響パラメータ（インパクトパラメータ）によって重み付けされた誤差から構成されてよい。影響パラメータは、少なくとも部分的には、一つの色分解が他の色分解に与える影響を決定する。

この過程の実行例は、図５により詳細に示されており、以下で説明される。

図４および図５に示される実施例では、画像１０の色分解１２、１４、１６、１８は視覚効果の最も大きいものから最も小さいものへと向かう順序で、前に処理された色分解からの誤差を考慮に入れて処理される。

図４は、図１の画像をハーフトーン化するための方法１００を示す、高レベルの概略フローチャートである。特に、方法１００は色分解が処理される順序を示す。画像１０はピクセルについての別々の数字を含み、該画像１０は分解され、色分解１２、１４、１６、１８によって表現される。

方法１００では、画像１０の色分解１２、１４、１６、１８は、画像全体の認識におけるそれらの視覚効果の度合いによって順次処理される。したがって、色分解が処理される順序は、人間の視覚系の範囲および反応の特性に従って設定できるだろう。例えばＣＭＹＫ色空間では、ブラック（Ｋ）の分解が最初に処理され、その次に視覚的影響が大きい色であるマゼンタの分解がこれに続く。具体的には、方法１００はステップ１０２で開始し、ブラックの分解１８が処理されるステップ１０４に続く。ステップ１０４の次に、ステップ１０６でマゼンタ１４の分解が処理され、ステップ１０８でシアンの分解１２が処理され、最後に、画像の認識において全般的な効果が最も小さいイエローの分解１６が処理され、方法１００が完了しステップ１１２で最初に戻る。特定の処理順序が図４の方法１００に具体的に示されているものの、他の処理順序が用いられてもよい。例えば、特定の描画装置においては、マゼンタよりもシアンがより視覚効果が大きくしたがって最初に処理されるべきである、と判断されるかもしれない。

誤差拡散は、次の方程式を用いて実行されよう。
i^*(m,n) = i(m,n) + Σ_s,t e(m-s,n-t) a(s,t) (1)
b (m,n) = Q[i^*(m,n)] (2)
e (m,n) = i^*(m,n)−b(m,n) (3)

上の方程式の組において、i(m,n)およびb(m,n)は、座標(m,n)に配置されるピクセルの入力ベクトルおよび出力ベクトルであり、i^*(m,n)およびe(m,n)は、修正された入力、および誤差であり、a(s,t)は、方向(s,t)への誤差拡散係数を表し、そしてQ[.]は量子化操作を表す。方程式（１）は、元の入力と、他のピクセルから入力ピクセルへと拡散される任意の誤差との合計として、修正された入力を導出する。方程式（２）は修正された入力を量子化し、二進法による出力を導く。方程式（３）は誤差を計算する。

図示される実施例では、画像における任意の特定のピクセルに対する出力ベクトルであるｂは、前に処理された分解の同じピクセルを量子化する際に生じた誤差に基づいて計算される。具体的には、図示される実施例におけるｂは、以下の方程式（４）を用いて計算されうる。単純化された形では、各々の色分解ｋに対し、
b_k(m,n) = 1 (i_k ^*(m,n)>0.5−Σ_j d(j,k)e_j(m,n) の場合) (4)
0 (他の場合)
ここでｋは色指数であり（例えば、ＣＭＹＫ印字装置ではｋ＝Ｃ、Ｍ、Ｙ、またはＫである）、e_j(m,n)は前に処理された色分解ｊのピクセルで生じた誤差、d(j,k)は、一つの色分解の他の色分解に対する効果を表す、通常非負の係数である。

方程式（４）の総和は、既に処理されたすべての色分解にまでわたる。したがって、例として方法１００を用いると、黒の分解１８は本質的にはスカラー誤差拡散におけるように処理され（なぜならば、考慮にいれるべき他の処理済の分解が存在せず、総和の項はゼロとなるからである）、マゼンタの分解１４が、ブラックの分解１８を処理する際に生じた誤差を考慮に入れて処理され、シアンの分解１２が、マゼンタおよびブラックの分解１４、１８を処理する際に生じた誤差を考慮に入れて処理され、そしてイエローの分解１６が、他の３つの分解１２、１４、１８すべてを処理する際に生じた誤差を考慮に入れて処理される。誤差拡散では、誤差は実際には入力と出力との差の低パスバージョン（low-passed version）である。したがってこのスキームでは、影響が、単一のピクセルの位置(m,n)に限られず、ピクセル(m,n)の近傍にまで広がる。したがってこのスキームでは、d(j,k)が正であると仮定すると、i_k ^*に対する閾値を上げて、その結果位置(m,n)およびその近傍でマゼンタの分解１４における「ＯＮ」すなわちアクティブのドットあるいはピクセルを妨げれば、ブラックの分解１８において「ＯＮ」すなわちアクティブのドットあるいはピクセルは一般に負の誤差を発生する。これにより、こうした誤差拡散方法によって生じるハーフトーンの大半が、他の誤差拡散方法により生じるハーフトーンよりも滑らかなテクスチャーを持つことが可能になる。

係数d(j,k)は、ユーザーの経験および望まれる応用にもとづいて、おそらく経験的に設定されよう。ＣＭＹＫカラースキームにおいて、いくつかの用途に対するd(j,k)の値の組の一例は、パラメータの組（５）に示される。
d(K,M) = 1, d(K,C) = 1, d(K,Y) = 1 (5)
d(M,C) = 0.5, d(M,Y) = 0.25, d(C,Y) = 0.25
上に示されるようにd(j,k)の値は、各々の分解ごとに他の分解との関連によって変化しうる。d(j,k)の値がより大きければ、ある分解の他の分解への影響は増す。しかしd(j,k)の値が大きすぎると、画像の縁で色の不鮮明が生じうる。この種の人為工作物（アーチファクト）はエラークリッピングによって低減されてもよい。方程式（４）の修正された入力i_k ^*は、任意の適切なパラメータ値を用いて方程式（１）によって計算してもよい。別の言い方をすれば、誤差拡散の程度と方向、および影響を受けるピクセル区域の大きさは、応用のために適切に設定でき、経験による結果に基づいて修正することができよう。

図５は、図４の方法１００に示されるような、色分解１２、１４、１６、１８の各々をハーフトーン化する方法（一般には１５０に示されるものである）を示すフローチャートである。方法１５０は各々の色分解の各々のピクセルに対して実行され、ステップ１５２で開始する。ステップ１５４で、各々のピクセルに対するi_k ^*が計算され、ステップ１５６へと制御が進む。ステップ１５６では、ピクセルに対する誤差の総和Σ_j d(j,k)e_j(m,n)が計算され、制御はステップ１５８、すなわち決定タスクへと進む。

ステップ１５８では、i_k ^*が閾値よりも大きいかどうか、すなわちi_k ^*が、ステップ１５６で計算された誤差の総和の項を0.5から引いたものより大きいかどうかが決定される。もしi_k ^*が閾値よりも大きければ（ステップ１５８：ＹＥＳ）、ステップ１６０でb_kは１に等しいと設定される。そうでなければ（ステップ１５８：ＮＯ）b_kは０に等しいと設定される。ステップ１６０あるいは１６２に続いて、ステップ１６４で誤差成分が計算され、ステップ１６６へと制御が進む。ステップ１６６では、ピクセルがすべて処理された場合には（ステップ１６６：ＹＥＳ）、方法１５０は終了しステップ１６８で最初に戻る。ピクセルがすべては処理されていない場合には（ステップ１６６：ＮＯ）、方法１５０の制御はステップ１５４へ戻り、次のピクセルに対して方法１５０が続けられる。上記のように、方法１５０が各々の色分解に対して繰り返される。

本明細書で説明された誤差拡散ハーフトーン化方法１００、１５０は、ハードウェア要素、ソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアの何らかの混合形態において実行することができよう。例えば、方法を実行するために使用される描画装置２０が汎用マイクロプロセッサを有する場合には、方法１００、１５０、あるいは類似の方法のステップはプロセッサのひとまとまりの命令にコード化されてもよく、該命令は、機械あるいは計算機が読み取り可能な適切な媒体に記憶される。媒体は磁気記憶媒体、光記憶媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、あるいは、機械あるいは計算機が読み取り可能な他の任意の形態の媒体である。それに加えて、あるいはそれに代わって、方法１００、１５０および他の類似の方法に含まれるタスクは、専用マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、あるいは、方法のタスクの実行に適合した他の種類の計算装置またはひとまとまりの装置に、あるいはそれらの装置によって、コード化されてもよい。方法１００、１５０のタスクは、該タスクを実行でき、かつ、使用されるべき描画システムと互換性のある、任意のプログラム言語にコード化されてよい。

ある実施例においては、こうした誤差拡散方法の存在および機能は末端のユーザーにはほとんど目に付かないかも知れない。すなわち、ユーザーによるいかなる特定の入力も必要とせずに、入力された画像が単にハーフトーン化され、出力がユーザーのために表示あるいは印字されるかもしれない。他の実施例は、ユーザーが誤差拡散のパラメータ、特にd(j,k)の値を、直接的にあるいは間接的に修正することを可能にするだろう。例えば、好適なd(j,k)の値がルックアップテーブル（検索表）あるいは他の種類の記憶装置に含まれることが可能であり、ソフトウェアあるいはハードウェアを制御することにより、隠れたパラメータそれ自体の値を直接知ることなしにユーザーが値を選択することが可能となる。例えば、ユーザーには画像の各々の色分解に関する「ハーフトーン構造」を修正するというオプションが与えられ、「ハーフトーン構造」の各々の値は、パラメータd(j,k)に対する値の特定の組にマッピングされる。

本発明の実施例による方法を用いて処理されうる画像の概略図である。 ＣＭＹＫカラースキームのカラーハーフトーン化で四色のカラー層あるいは分解によって表される場合の、図１の画像の概略図である。 本発明の一つの実施例による誤差拡散ハーフトーン化方法を用いて図１の画像をハーフトーン化する過程の、概略図である。 説明された実施例に関して、色分解が処理される順序を示す、高レベルのフローチャートである。 図示された実施例に従って与えられる色分解を処理する典型的な方法を示す、フローチャートである。

Claims (1)

1. 元となる画像のハーフトーン化と、描画済画像の出力と、を含む方法であって、
   前記ハーフトーン化は、前記元となる画像をハーフトーン化して、事前描画された画像の複数の色分解の各々の複数のレベルのピクセル入力値を、２値の出力ピクセル値に変換し、前記ハーフトーン化は、前記事前描画された画像の前記複数の色分解のうち第二の分解を誤差拡散処理した後、前記事前描画された画像の前記複数の色分解のうち第一の分解を誤差拡散処理することを含み、
   前記第一の分解の前記誤差拡散処理は、前記第一の分解の複数のレベルの入力ピクセル値それぞれに対して、対応する２値の出力ピクセル値を、前記第二の分解の前記誤差拡散処理の関数として選択することを含み、
   前記描画済画像の出力は、同じ複数の色分解を含み、出力される前記描画済画像には、前記第一の分解に関しては、前記各々の大きさに基づくピクセル情報が含まれ、
   前記方法は、
   ハーフトーン化された画像を生成するために、各色分解のための前記出力を印刷または表示することを含み、
   前記複数の色分解の各々に対し、特定の一連の順序で誤差拡散処理を行うことを含み、
   前記描画済画像の出力は、出力される色分解の各々に対し、もし前記画像のドットあるいはピクセルに対する修正された入力が、前に処理された色分解の対応するドットあるいはピクセルに結びついた誤差値の関数として決定される特定の閾値定数よりも大きい場合には、前記画像のドットあるいはピクセルを作動として選択することと、そうでない場合に画像のドットあるいはピクセルを非作動として選択することと、を含み、
   前記誤差値は、前記前に処理された色分解の出力と前記前に処理された色分解の修正された入力との差を決定することにより計算される
   ことを特徴とする方法。

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