JP4740987B2 - ハーフトーン化方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル画像処理に関し、さらに詳細には連続色調画像をハーフトーン画像に処理することに関する。

ディジタル・ハーフトーン化は、連続色調画像を元の連続色調画像の幻影を有する２値画像に変換する処理である。これについては、Ｒ．Ｕｌｉｃｈｎｅｙの「Digital Halftoning（ディジタル・ハーフトーン化）」ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ出版社、米国マサチューセッツ州ケンブリッジ、１９８７年を参照のこと。カラー画像の場合、カラー連続色調画像は通常最初にカラー・チャネルに分離される。次いで各カラー・チャネルごとに別々のハーフトーンが形成される。

誤差拡散（Ｒ．Ｗ．ＦｌｏｙｄおよびＬ．Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇの「An adaptive Algorithm for Spatial Greyscale（空間グレースケールのための適応アルゴリズム）」、Ｐｒｏｃ．ＳＩＤ，１７：７５−７７，１９７６年参照）は、１つの重要なディジタル・ハーフトーン化アルゴリズムのクラスであり、画像のグレー・レベルをしきい値処理し、隣接する非処理ピクセルに対して、しきい値処理することに起因する誤差を分配することにより連続色調画像をレンダリングする。誤差拡散は画像詳細を生成するのに適している。しかし、平坦領域では、解消困難なワーム（ｗｏｒｍ）などの目に見えるアーティファクト（人工物）を生じることが多い。

一方、平滑ディザ（Ｓｍｏｏｔｈ Ｄｉｔｈｅｒ）は、領域中に平滑な組織（ｔｅｘｔｕｒｅ）を生成する一クラスのハーフトーン化方法であるが、通常、フィードバックがないので鮮明度が劣る。平滑ディザの一例は、カラー平滑ディザ（ＣＳＤ）（１９９６年４月３０日出願のＪ．Ｐ．ＡｌｌｅｂａｃｈおよびＱ．Ｌｉｎの米国特許出願第０８／６４１，３０４号「Joint Designk of DitherMatrices for a Set of Colorants（１組の色料のためのディザ行列の共同設計）」参照）である。平滑ディザの別の例は、超平滑ディザ（ＳＳＤ）（１９９５年１１月２１日発行のＱ．Ｌｉｎの米国特許第５，４６９，５１５号「HalftoneImage Formation Using Dither Matrix Generated Based Upon Printed SymbolModels（印刷シンボル・モデルに基づいて生成されるディザ行列を使用したハーフトーン画像形成）」および１９９４年５月３１日発行のＱ．Ｌｉｎの米国特許第５，３１７，４１８号「Halftone Images Using Special Filters（特殊フィルタを使用したハーフトーン画像）」参照）である。

異なるタイプの画像および異なるタイプのプリンタに対しては、異なるハーフトーン化アルゴリズムが、最良である。例えば、表１はコンピュータで生成されたグラフィックスを印刷している代表的なインクジェット・プリンタ上での異なる画像領域のための最適ハーフトーン化アルゴリズムを示す。コンピュータで生成されたグラフィックスの場合、ハーフトーン化されている画像のタイプの情報がプリント・ドライバに知られているので、特定の画像に最適のハーフトーン化技法を選択することが可能である。

表１．コンピュータで生成されたグラフィックスの最適ハーフトーン化アルゴリズム
（オブジェクト・タイプはドライバにとって既知）
テキスト 誤差拡散
ライン・アート 誤差拡散
区域充填 平滑ディザ
ハーフトーン化技法の適切な選択は、テキスト、ライン・アート、および区域充填の混合物ならびにラスタ画像がある走査されたドキュメントをレンダリングする際に特に重要である。例えば、表２は走査されたドキュメントを印刷している代表的なインクジェット・プリンタ上の異なる画像領域のための最適ハーフトーン化アルゴリズムを示す。

表２．走査されたドキュメントの最適ハーフトーン化アルゴリズム
（オブジェクト・タイプはドライバには不明）
テキスト 誤差拡散
ライン・アート 誤差拡散
区域充填 平滑ディザ
ビジー画像領域 誤差拡散
平滑画像領域 平滑ディザ
同様に、ハーフトーン化技法の適切な選択は、詳細領域と均一に平滑な着色領域の混合物を有するディジタル写真画像をレンダリングする際にも重要である。しかし、走査写真画像などの画像については、プリント・ドライバはページの構成に関する情報は何も持ってないので、最良のハーフトーン化技法を選択することができない。

従って、ハーフトーン画像作成技法のためにハーフトーン画像出力装置の画像品質が制限され、多くの適用例でこの装置が使用できないことがわかる。

従って、異なるハーフトーン化アルゴリズムを統合し、画像内容に基づくアルゴリズムの移行を制御することにより、ハーフトーン画像作成を改善する技法について、未解決の必要性がある。

異なるハーフトーン化アルゴリズムを統合し、画像内容に基づくアルゴリズムの移行を制御することにより、ハーフトーン画像品質を改善する方法および装置について説明する。

この方法は、異なるハーフトーン化方法を連続色調画像の異なる領域に適用することによって動作する。連続色調画像の領域が評価され、少くとも２つの異なるハーフトーン化方法によるハーフトーン化の適合性が判定される。次いで、特定の領域をハーフトーン化するために最適のハーフトーン化方法が使用される。

画像の各領域を、特定のハーフトーン化方法によるハーフトーン化の適合性について評価するために、活動指標（あるいは各ピクセル位置での画像値の特定の尺度による遷移を示す指標あるいはアクティビティ・インデックス）が使用できる。その際に、誤差拡散などのハーフトーン化方法が、詳細な連続色調画像区域への適用に最適であると見なすことができる。平滑ディザなどのハーフトーン化方法が、平坦な連続色調画像区域への適用に最適であると見なすことができる。また、画像中の鮮明な遷移を補償し、それによりゴースト化を解消するためにヒステリシスが導入される。

以上のように、本発明を用いると、異なるハーフトーン化アルゴリズムを統合し、画像内容に基づくアルゴリズムの移行を制御することにより、ハーフトーン画像作成を改善することができる。

また、本発明によれば、ワーム状のアーティファクトを含まない鮮明なテキストおよび良好な画像詳細を生成することができる。その上、ハーフトーン化処理中に誤差拡散を組み込むことができるため、雑誌のページのハーフトーンのディジタル・サンプリングによって通常生じる高周波モアレ・パターンが抑制される。

本発明は以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読めば容易に理解することができるであろう。図面では、同じ参照番号は同じ構成要素を示すものとして用いられる。

図１ないし図３を参照して、本発明の実施形態について以下に論ずる。しかし、本発明はこの限定された実施形態の程度を越えるので、この図について本明細書に記載の詳しい説明が例示的なものであることを、当業者なら容易に理解するであろう。

イメージ・スマートは、異なるハーフトーン化アルゴリズムを統合し、画像内容に基づくアルゴリズムの移行を制御するための技術である。図１は、平滑ディザを誤差拡散と統合するための機構１００の実施形態を示す。誤差拡散とカラー平滑ディザ間の遷移を容易にするためにパラメータαおよびβが導入される。

図２は、ハーフトーン化を制御するためのαおよびβの使用を示す。図２に示すαおよびβの値は、０と１の間の範囲に正規化されている。式１および式２は、以下のように、特定のαおよびβについて、しきい値および誤差値を計算するのに使用される計算を示す。従って、
しきい値＝β＊ｔ（ｉ，ｊ）＋（１−β）＊０．５ （式１）かつ
誤差値＝α＊（ｃ（ｉ，ｊ）−ｂ（ｉ，ｊ）） （式２）
上式で、ｔ（ｉ，ｊ）はＣＳＤディザ行列しきい値であり、ｃ（ｉ，ｊ）は連続色調画像であり、ｂ（ｉ，ｊ）は２値画像であり、すべて現在のピクセル位置（ｉ，ｊ）にある。

αの制御下では、加算器１１０が前のピクセル計算から伝播された誤差１４０を、現在のピクセルにある連続色調画像値と組み合わせることができる。βの制御下で、この和が現在のピクセルにある２値画像値を形成するためにしきい値処理される（１２０）。この２値画像値はまた否定計算をされ、加算器１３０により加算器１１０からの和と組み合わされる。次に誤差は、次のピクセルのハーフトーン化に使用するために伝播される（１４０）。誤差伝播方式はＦｌｏｙｄ-Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇ誤差拡散、またはその変形の１つでよい。ただし、誤差の一部分は隣接するピクセルに伝播される。前述のＵｌｉｃｈｎｅｙの書物に、いくつかのこうした誤差伝播方式についての説明がある。

従って、αが０、かつβが１のとき、現在のピクセル位置（ｉ，ｊ）で適用されるその結果得られるハーフトーン化アルゴリズムは、カラー平滑ディザである。同様に、αが１、かつβが０のとき、その結果得られるハーフトーン化アルゴリズムは誤差拡散である。最後に、αとβのどちらも０のとき、その結果得られるハーフトーン化アルゴリズムは単純なしきい値処理である。

ここで、２本の線分、
α＝１，０≦β≦１
β＝１，０≦α≦１
に沿ったα値およびβ値が、連続色調画像のグレー・レベルを保存することに留意されたい。αとβの他の組み合わせは行われない。しかし、忠実な再現により提供される画像よりもきれいだと認められる画像をもたらす可能性がある他の組み合わせの値を使用することができる。カラー・スマート（１９９５年３月２８日発行のＲｉｃａｒｄｏ Ｄ．Ｍｏｔｔａ、Ａｎｄｒｅｗ Ｅ．Ｆｉｔｚｈｕｇｈ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄ．ＭｃＧｕｉｒｅ、およびＧａｒｙ Ｊ．Ｄｉｓｐｏｔｏの米国特許第５，４０２，２４５号「Bi-level Digital Color Printer System Exhibiting Improved Undercolor Removal and Error Diffusion Procedures（改善された下色除去および誤差拡散手順を示す２レベル・ディジタル・カラー・プリンタ・システム）」参照）に示すとおり、ときにはユーザが忠実な再現よりもきれいに見える画像を好むことがある。

あるいは、図１にカラー平滑ディザ行列であるディザ行列ｔ（ｉ，ｊ）を示すが、他のクラスタ化ドットまたは平滑ディザ技法も使用される。

テキスト、ライン・アート、区域充填、および写真の混合物を含むページをレンダリングするために、Ｆｌｏｙｄ-Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇ誤差拡散アルゴリズムを用いて、テキスト、ライン・アート、および写真の縁部領域などのビジー区域をレンダリングすること、すなわち図２の点（１，０）に近い（α，β）を使用することが好ましい。一方、カラー平滑ディザを用いて、すなわち図２の点（０，１）に近い（α，β）を使用することにより、区域充填および写真の非縁部領域などの平滑区域がうまくレンダリングされる。以下に示すように、ある区域がビジーで平滑であるかどうか計算するために活動指標が使用される。次いで、活動指標計算に基づいてαおよびβが選択される。

画像中に鮮明な遷移があるとき、それに対応してハーフトーン化アルゴリズム中に鮮明な遷移がある。これは、ゴースト効果の原因となる。この問題は、活動指標計算中にヒステリシスを導入することにより緩和される。図３は、特定のピクセルでのハーフトーン化技法と適切な場合のヒステリシスの導入との間の選択を示す流れ図である。

図３の処理３００で、ｉ行の特定の連続色調ピクセルｊの近隣について変化（ＤＥＬＴＡ）が計算される（３１０）。一実施形態では、ＤＥＬＴＡは次のように計算される。

ＤＥＬＴＡ＝４＊（ａｂｓ（ＣＵＲＲ［Ｊ＋１］−ＣＵＲＲ［Ｊ］）＋ａｂｓ（（ＰＲＥＶ［Ｊ］−ＣＵＲＲ［Ｊ］））
上式で、４は倍率であり、ＣＵＲＲはその行のＪ個の連続色調値を含む配列である。ＰＲＥＶは前の行の連続色調値を緩衝するために使用されるＣＵＲＲに対応する配列である。ＤＥＬＴＡが値２５５を超える場合、ＤＥＬＴＡは２５５に設定される。

この特定の計算では、ＤＥＬＴＡを形成するために現在のピクセルとそのすぐ右および上にあるピクセルとの間の変化が組み合わされる。ただし、ＤＥＬＴＡを定式化するとき、他の方向での変化およびさらに多くのピクセルを横切る変化を交互に考慮できることを理解されたい。

誤差伝播の流れは右および下である。従って、ヒステリシスが導入されない場合、この方向にゴースト効果が生じる可能性がある。一実施形態では、その行の前のピクセルのＤＥＬＴＡおよび現在のピクセルのすぐ上のピクセルのＤＥＬＴＡが検査される（３２０）。あるいは現在のピクセルと直前のピクセルの間の活動指標の変化が比較される。変化が大き過ぎる場合、前に使用された活動指標に比例する活動指標を使用することにより、ヒステリシスが導入される。

従って、大きな変化がなかった場合は、単にＤＥＬＴＡ値を正規化することができる（例えば、０から２５５までの範囲ではなく、０から１までの範囲を有する指標を形成する）（３３０）。しかし、活動指標の変化が大きすぎ、活動が大きく低下した場合、活動指標を徐々に変化させるためにヒステリシスが導入される（３８０）。一実施形態では、現在のＤＥＬＴＡ値が前のＤＥＬＴＡ値の９０％より小さい場合、３１０で計算された現在のＤＥＬＴＡ値を使用するのではなく、前のＤＥＬＴＡ値の９０％であるＤＥＬＴＡ値が使用される。ヒステリシスが導入されるとき（３８０）、比例ＤＥＬＴＡが正規化されて（３３０）、活動指標がもたらされる。

一旦、活動指標が０から１までの範囲を有するように正規化されれば、この指標値（ｉｎｄｅｘ）からβおよびαを計算することができる。例えば、これは式３および式４を使用することにより円弧に従って活動指標を計算することによって実施される。

β＝１−ｉｎｄｅｘ （式３）
α＝√（１−β²） （式４）
次に、式１および式２を使用してしきい値および誤差が計算される（３５０）。最後に、現在のピクセルに対する計算の終了（３７０）前に、（例えば、Ｆｌｏｙｄ-Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇフィルタおよび重み付けを使用して）誤差が将来のピクセルに伝播される（３６０）。

［試験および利点］
例えば、走査された雑誌ページをハーフトーン化し次いで印刷することによりこのアルゴリズムを試験した。結果によれば、このアルゴリズムは、ワーム状のアーティファクトを含まない鮮明なテキストおよび良好な画像詳細を生成することができる。その上、ハーフトーン化処理中に誤差拡散を組み込むことができるため、雑誌のページのハーフトーンのディジタル・サンプリングによって通常生じる高周波モアレ・パターンが抑制されることが判明した。

本発明の多くの特徴および利点は前記の説明から明らかであり、従って添付の特許請求の範囲により本発明のこのすべての特徴および利点がカバーされるものである。さらに、多数の修正および変更が当業者には容易に思いつくはずなので、本発明を図示し説明したとおりの構造および動作に限定するものではない。従って、すべての適切な修正および均等物が、本発明の範囲内に含まれるものである。

以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。

（実施態様１）ハーフトーン画像を形成するために連続色調画像をハーフトーン化する方法であって、少なくとも２つの異なるハーフトーン化方法によりハーフトーン化に対する適合性を判定するために連続色調画像の領域を評価するステップと、前記ハーフトーン化方法のうちの最適のハーフトーン化方法を使用してこの領域をハーフトーン化し、異なるハーフトーン化方法を連続色調画像の異なる領域に適用するステップとを含む方法。

（実施態様２）前記ハーフトーン化方法のうち、第１のハーフトーン化方法が詳細な連続色調画像区域への適用に最適であり、第２のハーフトーン化方法が平坦な連続色調画像区域への適用に最適であることを特徴とする実施態様１に記載の方法。

（実施態様３）前記第１のハーフトーン化方法が誤差拡散法であることを特徴とする実施態様２に記載の方法。

（実施態様４）前記第２のハーフトーン化方法が、ディザ法であることを特徴とする実施態様２および３に記載の方法。

（実施態様５）前記連続色調画像の領域を評価するために活動指標が使用されることを特徴とする実施態様１ないし４に記載の方法。

（実施態様６）前記連続色調画像の画像中の鮮明な遷移を補償するためにヒステリシスを導入するステップを含む実施態様１ないし５に記載の方法。

（実施態様７）ハーフトーン画像を形成するために連続色調画像をハーフトーン化するための処理装置であって、少なくとも２つの異なるハーフトーン化方法によりハーフトーン化に対する適合性を判定するために連続色調画像の領域を評価する手段と、前記ハーフトーン化方法のうちの最適のハーフトーン化方法を使用してこの領域をハーフトーン化し、異なるハーフトーン化方法が連続色調画像の異なる領域に適用する手段とを有する処理装置。

（実施態様８）前記評価手段において、第１のハーフトーン化方法が詳細な連続色調画像区域への適用に最適であり、第２のハーフトーン化方法が平坦な連続色調画像区域への適用に最適であることを特徴とする実施態様７に記載の処理装置。

（実施態様９）前記評価手段の前記第１のハーフトーン化方法が、誤差拡散法であることを特徴とする実施態様８に記載の処理装置。

（実施態様１０）前記評価手段の前記第２のハーフトーン化方法が、ディザ法であることを特徴とする実施態様８および９に記載の処理装置。

（実施態様１１）前記連続色調画像の領域を評価する手段において、活動指標が使用されることを特徴とする実施態様７ないし１０に記載の処理装置。

（実施態様１２）画像中の鮮明な遷移を補償するためにヒステリシスを導入する手段を有することを特徴とする実施態様７ないし１１に記載の処理装置。

本発明による、平滑ディザを誤差拡散と統合するためのハーフトーン化機構を示す図である。 本発明による、ハーフトーン化を制御するためにαおよびβを使用する実施形態を示す図である。 特定のピクセルでのハーフトーン化技法と適切な場合のヒステリシスの導入との間の選択を示す流れ図である。

符号の説明

１１０ 加算器
１３０ 加算器
１４０ 誤差

Claims (4)

1. ２つの異なるハーフトーン化方法によってハーフトーン化に対する適合性を判定するために連続色調画像のある領域を評価するステップと、
   異なるハーフトーン化方法が前記連続色調画像の異なる領域に適用されるように、前記領域を評価するため活動指標を用いて、前記ハーフトーン化方法における最適なハーフトーン化方法を使用して、前記領域をハーフトーン化するステップであって、前記活動指標がＤＥＬＴＡを正規化したものであり、当該ＤＥＬＴＡが、
   ＤＥＬＴＡ＝４＊（ａｂｓ（ＣＵＲＲ［Ｊ＋１］−ＣＵＲＲ［Ｊ］）＋ａｂｓ（ＰＲＥＶ［Ｊ］−ＣＵＲＲ［Ｊ］））
   で示され、ここで、前記領域のＤＥＬＴＡ値が前の領域のＤＥＬＴＡ値の９０％以上である場合、前記領域のＤＥＬＴＡ値が使用され、前記領域のＤＥＬＴＡ値が前の領域のＤＥＬＴＡ値の９０％より小さい場合、前の領域のＤＥＬＴＡ値の９０％であるＤＥＬＴＡ値が使用される、ステップと
   を含む、ハーフトーン画像を形成するために連続色調画像をハーフトーン化する方法。
2. 第１のハーフトーン化方法は詳細な連続色調画像区域への適用に最適であり、第２のハーフトーン化方法は平坦な連続色調画像区域への適用に最適である請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のハーフトーン化方法は誤差拡散法である請求項２に記載の方法。
4. 前記第２のハーフトーン化方法はディザ法である請求項２に記載の方法。

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