JP4748985B2 - ドットの孤立を低減するハーフトーン画像形成方法および装置 - Google Patents

Description

「ハーフトーニング」と呼ばれることもあるハーフトーン画像形成は、連続階調のオリジナル画像（たとえば写真）を、黒（マークすなわち「ドット」が存在する）かまたは白（マークすなわち「ドット」が存在しない）のいずれかであるピクセルを有するハーフトーン画像に変換する既知の技法である。黒のドットが存在しないことを白のドットとみなすことができるが、説明を容易にするために、本明細書での使用における「ドット」という用語は、黒のドットが存在することを指す。

一般に、多くのハーフトーニングアルゴリズムは、オリジナル画像の各ピクセルのグレースケール値に基づいてハーフトーン画像のドットの密度またはクラスタリングを変化させる。通常、ハーフトーン画像処理では、ハーフトーン画像の各画素に対しドットをプリントするかプリントしないかの判断が必要である。ドットがプリントされるか否かに関わらず、ハーフトーン画像の各ピクセルのハーフトーン値は、オリジナル画像の対応するピクセルが黒または白である場合を除き、何らかのレベルの量子化誤差を有することになる。

ハーフトーン画像の隣接するピクセルにわたりハーフトーン画像形成からもたらされる量子化誤差を分散または拡散させ、それによりハーフトーン画像に固有の量子化誤差または雑音を、可能な限り人間の眼に知覚されないようにするために、誤差拡散技法が開発された。本質的に、誤差拡散は、たとえば量子化雑音を人間の眼に知覚可能な低周波領域から人間の眼にそれほど知覚されない（または知覚不可能な）高周波領域にシフトさせることにより、オリジナル連続階調画像の量子化（デジタル化）において固有の量子化誤差または雑音を適合させるある種の雑音フィルタリングである。

画像形成装置によっては、一定の水平ドット解像度を越えるドットを安定してかつ確実に生成することができない。たとえば、レーザプリンタによっては、高解像度画像形成（High Definition Imaging）（ＨＤＩ）モードと呼ばれることもある拡張解像度画像形成モードで動作する。このモードでは、標準解像度モードのレーザ水平走査線がより精密な増分に細分され、それによりレーザプリンタが、対応して短くなるレーザオン／オフサイクル中にドットを生成する。言い換えれば、レーザプリンタによって拡張解像度モードで生成されるハーフトーン画像のピクセルが、サブピクセルに細分される。レーザプリンタの標準水平解像度モードが６００ドット／インチ（ｄｐｉ）であり、そのレーザプリンタの拡張水平解像度モードが２，４００ｄｐｉである場合、そのレーザプリンタにより拡張水平解像度モードで生成されるハーフトーン画像の各ピクセルは、４つのサブピクセルに細分され、それにより、拡張水平解像度モードでのレーザオン／オフサイクルは、標準水平解像度モードのレーザオン／オフサイクルの１／４となる。しかしながら、レーザプリンタは、孤立した「サブピクセルドット」をそのサブピクセル解像度で安定してまたは確実にプリントすることができない場合がある。レーザプリンタまたは他の画像形成装置のかかる不安定性を、本明細書では「ドット不安定性」と呼ぶ。

ドット不安定性により、ドットが存在すると推定されるピクセルまたはサブピクセル位置にドットが存在しないため、レーザプリンタによって生成される結果としてのハーフトーン画像に知覚可能な視覚的異常すなわち量子化雑音がもたらされる。たとえば、レーザプリンタによっては、拡張水平ドット解像度モードで動作している時、重大な単一サブピクセルのドット不安定性が生じるが、２つ以上の隣接するサブピクセルドットは確実かつ安定してプリントすることができる。また、レーザプリンタによっては、最低３つ以上の隣接するサブピクセルドットしか確実かつ安定してプリントすることができないものもある。一般に、ピクセルまたはサブピクセルドットは、レーザ走査方向において少なくともＭ−１個の前のピクセルまたはサブピクセルドットに隣接していない場合、「孤立している（isolated）」とみなされる。ここで、Ｍは、レーザプリンタが確実かつ安定して生成することができるピクセルまたはサブピクセルドットの最小数である。

既知の誤差拡散ハーフトーニングアルゴリズムによっては、画像形成装置のドット不安定性に起因するハーフトーン画像の知覚可能な量子化雑音を最小限にしようとして、一定レベルのドットクラスタリングを強制するソフトドット安定性制約を組み込む。たとえば、ソフトドット安定性制約によっては、最小平均数のドットが生成されることを確実にするか、またはドットクラスタリングに関する何らかの他のグローバルパラメータ制約を課す。しかしながら、かかる誤差拡散ハーフトーニングアルゴリズムは、過度なドットクラスタリングなしには、ハーフトーン画像における孤立ドットを除去しない。

本発明の一態様によれば、複数の入力画像ピクセルを有する入力画像から出力ハーフトーン画像を形成する。出力画像を、ハードドット安定性制約を組み込むハーフトーニングプロセスを用いて入力画像ピクセルを処理することにより形成する。ハーフトーニングプロセスは、本来孤立する出力ハーフトーン画像ピクセルドットに続くＭ個（Ｍ≧１）の出力ハーフトーン画像ピクセルの各々に対しドットを生成するように判断を強制する。

本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例として示す添付図面に関連して以下の詳細な説明から明らかとなろう。

（詳細な説明）
本発明は、カラーまたはグレースケール画像を出力画像に変換するハーフトーニング技法を使用する方法において具体化される。ハーフトーニング技法は、ハードドット安定性制約を組み込み、出力画像における孤立ピクセルまたはサブピクセルを除去しまたは低減する。

本方法の例示的な実施形態の以下の説明では、入力画像はグレースケール画像であり、出力画像は、拡張解像度モードで動作しているレーザプリンタによって生成される。出力ハーフトーン画像の各ピクセルは、複数（たとえば４つ）のサブピクセルに細分される。しかしながら、本方法を、レーザプリンタの標準解像度モードで、または任意の画像形成装置またはシステムの任意の画像形成モードで使用することも可能である。さらに、本方法を使用して、カラー画像処理に適用される任意のさらなる制約、たとえば、出力画像の同じピクセルまたはサブピクセル位置においてシアンとマゼンタとの両方をプリントすることを禁止する制約を組み込んで、入力画像の各色素ピクセルまたはサブピクセルに対しステップを繰り返すことによりカラー画像を変換することができる。ここで、本明細書での「色素ピクセル」または「色素サブピクセル」という用語は、処理される各ピクセルまたはサブピクセルの各色成分（たとえば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黄（Ｙ）、黒（Ｂ））を指す。本方法を実施する際に使用することができる例示的な色平滑化誤差拡散技法は、本発明の譲受人に譲渡され参照により本明細書に援用される「Ｃｏｌｏｒ Ｓｍｏｏｔｈ Ｅｒｒｏｒ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ」と題する同時係属中の米国特許出願第０９／９４０，９９１号において述べられている。

概して、本方法によれば、入力画像のピクセルまたはサブピクセルは、レーザ走査パターン（たとえば、ラスタ、蛇行）に従って処理され、誤差拡散ハーフトーニングアルゴリズムを使用して量子化される。しかしながら、本発明は、誤差拡散ハーフトーニングアルゴリズムには限定されない。むしろ、本方法を、ハードドット安定性制約を有する任意の所望のハーフトーニングアルゴリズムとともに使用することができる。これに関して、後述する特定の量子化方式は、単に例示の目的で提示されるものであり、本発明を限定してはいない。

例示的な誤差拡散技法は、隣接する出力サブピクセルからの累積された量子化誤差を合計することにより、処理されている現入力画像サブピクセルのグレースケール値を修正する。生成されるのは、現入力サブピクセルの誤差修正されたグレースケール値である。

たとえば、処理されている現サブピクセルのグレースケール値が、０（白）から２５５（黒）までの段階で１７５であり、処理されている現サブピクセルの左側の出力ハーフトーン画像サブピクセルの量子化誤差が＋２３であり、処理されている現サブピクセルの上方の出力ハーフトーン画像サブピクセルの量子化誤差が＋６２であるとする。重み付き誤差フィルタを使用して、これら２つの隣接する出力ハーフトーン画像サブピクセルに対する重み付き量子化誤差値を生成することができる。そして、これら２つの隣接する出力ハーフトーン画像サブピクセルの量子化誤差値に各々０．５０の重み係数を乗算することができ、結果としての重み付き誤差値を合計して、それら２つの隣接する出力ハーフトーン画像サブピクセルの結果としての重み付き量子化誤差値をもたらす。隣接する出力ハーフトーン画像サブピクセルの重み付き量子化誤差値が所定の最大値を越える場合、それを所定の最大値で切り取ることができる。実例となる例では、２つの隣接する出力ハーフトーン画像サブピクセルの重み付き量子化誤差値は、（０．５×６２）＋（０．５×２３）＝４２．５である。

ここで図１を参照して、本発明の一実施形態による方法について説明する。ステップ１００において、隣接する出力ハーフトーン画像サブピクセルの重み付き量子化誤差値（ｗｑｅｖ）を、処理されている現入力画像サブピクセルのグレースケール値と結合する（たとえば、そのグレースケール値から減ずる）ことにより、現入力画像サブピクセルの誤差修正されたグレースケール値を生成する。上述した例では、現入力画像サブピクセルの誤差修正されたグレースケール値は、１７５−４２．５＝１３２．５である。

次に、ステップ１１０において、ハーフトーニング技法を採用することにより、出力ハーフトーン画像サブピクセルドットを生成するべきか否かを判断する。例示的なハーフトーニング技法はグレースケール閾値処理であり、そこでは、現入力画像サブピクセルの誤差修正されたグレースケール値が所定のグレースケール閾値を越える場合に、出力ハーフトーン画像サブピクセルドットが生成され、越えない場合、出力ハーフトーン画像におけるサブピクセル位置はマークされず、すなわち、出力ハーフトーン画像のそのサブピクセル位置においてドットが生成されない。たとえば、所定グレースケール閾値が、白（０）と黒（２５５）との間の中間の中間グレースケール値である、１２８に設定されているものとする。実例となる例では、現入力画像サブピクセルの修正されたグレースケール値（１３２．５）が１２８を越えるため、ステップ１１０において、出力ハーフトーン画像サブピクセルドットを生成するよう判断される。

ステップ１１０において出力ハーフトーン画像サブピクセルドットを生成するという判断がなされた場合、次にステップ１２０において、そうすることによって現出力ハーフトーン画像サブピクセルドットが孤立することになるか否かを判断する。たとえば、この判断を、レーザ走査方向に現出力ハーフトーン画像サブピクセルドットに隣接する過去のすなわち前のＭ−１個のハーフトーン画像サブピクセル（複数可）を検査して、それらのサブピクセル（複数可）に対しドットが生成されたか否かを判断することにより、行うことができる。ここで、Ｍは、レーザプリンタが確実かつ安定して生成することができるピクセルまたはサブピクセルドットの最小数である。

ステップ１２０において現出力ハーフトーン画像サブピクセルドットが孤立すると判断された場合、ステップ１３０において、次のＭ個の出力ハーフトーン画像サブピクセル位置の各々に対し出力ハーフトーン画像サブピクセルドットを生成するよう決定する。孤立すると判断されなかった場合、ステップ１３０においていかなる動作も行わない。一般に、Ｍ≧１である。Ｍの値は、レーザプリンタ（または他の画像形成装置）のドット安定性特性に依存することができる。たとえば、レーザプリンタの最小ドット安定性が２である場合、Ｍの値を１に設定してもよく、レーザプリンタの最小ドット安定性が４である場合、Ｍの値を３に設定してもよい（すなわち、Ｍ＝３）。

ステップ１１０において出力ハーフトーン画像サブピクセルドットを生成すると判断されたか、またはステップ１３０において出力ハーフトーン画像サブピクセルドットを生成すると判断された場合、ステップ１４０において、出力ハーフトーン画像サブピクセルドットを生成する。そうでない場合、現出力ハーフトーン画像サブピクセル位置に対しドットを生成しない。

ステップ１５０において、現出力ハーフトーン画像サブピクセルの量子化誤差を計算する。実例となる例では、現出力ハーフトーン画像サブピクセル位置に対してドットが生成されたため、現出力ハーフトーン画像サブピクセルの量子化誤差は、２５５（現出力ハーフトーン画像サブピクセルのグレースケール値）−１３２．５（現入力画像サブピクセルの誤差修正されたグレースケール値）＝１２２．５である。

ステップ１６０において、ステップ１５０で計算された現出力ハーフトーン画像サブピクセルの量子化誤差を、隣接する出力ハーフトーン画像サブピクセルの量子化誤差とともに累積する。

ステップ１７０において、隣接する出力ハーフトーン画像サブピクセルの重み付き量子化誤差値（ｗｑｅｖ）を、上述した方法で決定する。出力ハーフトーン画像が形成されるまで、ハーフトーニングされる各入力画像サブピクセルに対し、ステップ１００〜１７０を繰り返す。

この方法を、任意の画像形成装置によって実行することができる。本明細書で使用する「画像形成装置」は、限定されないがデジタル印刷機、インクジェットプリンタ、デイジーホイールプリンタ、サーマルプリンタ、レーザプリンタ、ファクシミリ装置、コピー機、スキャナおよび多機能周辺機器を含む、プリント媒体または視覚的媒体上に画像を形成しまたは生成することができる任意の装置を含むことができる。本明細書で使用する「プリンタ」には、プリント媒体（たとえばプリンタ用紙）上にマーク（たとえば、液状トナーまたはインクから構成されるドット）を形成することができる任意の装置が含まれる。

本方法を、ソフトウェア、ファームウェアおよび／またはハードウェアで実施することができる。たとえば、本方法を、ホストコンピュータのプロセッサおよび／または画像形成装置のプロセッサにインストールされまたはそこで具体化される（instantiated）ソフトウェア（実行可能コード）で実施することができる。別法として、本方法を、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）またはマイクロコントローラ等の専用のまたは特別にプログラムされた論理デバイスにおいて実施することができる。

例示的なプリントシステム１０を示す図２を参照する。例示的なシステム１０は、通信リンク１６によって接続されたレーザプリンタ１２とホストコンピュータ１４とを有する。レーザプリンタ１２は、バス２４を介して相互接続された制御ユニット１８と、通信インタフェース２０と、プリントエンジン２２と、を有する。制御ユニット１８は、レーザプリンタ１２のさまざまな機能を制御するようにプログラムされたプロセッサまたは他の論理デバイスを有する。通信インタフェース２０を、デジタルカメラ、メモリカード、メモリスティック、スキャナ、ホストコンピュータ、リムーバブル大容量メモリ記憶媒体および／または画像データの他の任意のソースからソースまたは入力画像データを受け取るように適当に適合させることができる。

プリントエンジン２２は、プリンタ用紙に出力画像をプリントする電子写真ドラム画像形成システムを有してもよい。例示的なレーザプリンタ１２は、標準解像度モード（たとえば、６００ｄｐｉ）と拡張解像度モード（たとえば、２，４００ｄｐｉ）とを含む、少なくとも２つの画像形成動作モードを有してもよい。

ホストコンピュータ１４は、プロセッサ２６を有する。ホストコンピュータ１４のプロセッサ２６および／またはプリンタ制御ユニット１８が、図１の方法を実行してもよい。たとえば、図１の方法を、ホストコンピュータのプロセッサ２６および／またはプリンタ制御ユニット１８のプロセッサにおいて具体化されたソフトウェアを使用して実行してもよい。したがって、図２には２つの例示的な画像形成装置を示す。

本方法のハードウェア実施態様は、図２に示すシステムに限定されない。本方法を、他の方法で実施してもよい。

本発明の特定の実施形態を説明し例示したが、本発明は、そのように説明し例示した要素の特定の形態または構成に限定されない。代わりに、本発明は、添付の特許請求の範囲に従って解釈される。

本発明の一実施形態による画像を形成する方法を例示するフローチャートである。 例示的なレーザプリントシステムの機能ブロック図である。

符号の説明

１０：プリントシステム
１２：レーザプリンタ
１４：ホストコンピュータ
１６：通信リンク
１８：制御ユニット
２０：通信インタフェース
２２：プリントエンジン
２４：バス
２６：プロセッサ

Claims (7)

1. 複数の入力画像ピクセルを有する入力画像から複数の出力ハーフトーン画像ピクセルを有する出力ハーフトーン画像を形成する画像形成装置であって、前記出力ハーフトーン画像ピクセルの各々に対しドットを生成するか否かを判断するために前記入力画像ピクセルを処理するプロセッサを具備し、該プロセッサは、誤差拡散ハーフトーニングプロセスを使用し、該ハーフトーニングプロセスは、ハードドット安定性制約が組み込まれていて、本来孤立する出力ハーフトーン画像ピクセルドットに続くＭ個（Ｍ≧１）の出力ハーフトーン画像ピクセルの各々に対しドットを生成するようにし、前記Ｍは、ドットが確実かつ安定して生成されることができるドットの最小数に関連する、画像形成装置。
2. 前記画像形成装置が、前記プロセッサを有するレーザプリンタを含む、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記レーザプリンタが、Ｐドット／インチの標準水平解像度モードとＰ×Ｍドット／インチの拡張水平解像度モードとを有し、ここで、Ｍ≧２でありＰ＞Ｍであり、
   前記拡張水平解像度モードで形成される前記出力ハーフトーン画像の各ピクセルは、Ｍ個のサブピクセルに細分され、
   前記出力ハーフトーン画像ピクセルは、前記レーザプリンタの前記拡張水平解像度モードのサブピクセルに対応する、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記現入力画像ピクセルのピクセル値に基づき現出力ハーフトーン画像ピクセルに対しドットを生成すべきかの判断を、その判断がすでに行われていない限り行い、
   前記現出力ハーフトーン画像ピクセルに対しドットを生成すべきであるという判断がなされた場合、そのドットが孤立ドットであるか否かの判断を、その判断がすでに行われていない限り行い、
   孤立ドットが生成されるという判断がなされた場合、次のＭ個の現出力ハーフトーン画像ピクセル位置においてドットを生成するという決定を行い、
   前記現出力ハーフトーン画像ピクセルに対し、前のステップのいずれかにおいてそのピクセルに対しドットを生成すべきであるという判断がなされた場合はドットを生成し、そうでない場合は、前記現出力ハーフトーン画像ピクセルに対してドットを生成しない、
   ように前記プロセッサがプログラムされる、請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記誤差拡散ハーフトーニングプロセスが、
   前記現出力画像ピクセルの量子化誤差を決定することと、
   前記現出力画像ピクセルの前記量子化誤差を過去の出力画像ピクセルの、前に決定された量子化誤差とともに累積することと、
   Ｎ個（Ｎ≧１）の隣接する出力画像ピクセルの前記量子化誤差を結合して、結合された量子化誤差を生成することと、
   前記現入力画像ピクセルの修正されていないグレースケール値を前記Ｎ個の隣接する出力画像ピクセルの前記結合された量子化誤差と結合することにより、該現入力画像ピクセルの誤差修正されたグレースケール値を決定することと、
   前記現入力画像ピクセルの前記誤差修正されたグレースケール値を所定のグレースケール閾値と比較することと、
   前記現入力画像ピクセルの前記誤差修正されたグレースケール値が前記所定のグレースケール閾値を超える場合、前記現出力ハーフトーン画像ピクセルに対するドットを生成すると判断し、そうでない場合は、前記現出力ハーフトーン画像ピクセルに対するドットを生成しないと判断することと、
   を含む、請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記プロセッサが、Ｎ個の隣接する出力画像ピクセルの前記量子化誤差を、該Ｎ個の隣接する出力画像ピクセルの各々の前記量子化誤差に重み付けして重み付き量子化誤差を生成し、その後、該重み付き量子化誤差を結合して前記結合された量子化誤差を生成することにより、結合する、請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記入力画像ピクセルと前記出力ハーフトーン画像ピクセルとがサブピクセルを含む、請求項５に記載の画像形成装置。

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