JP4849752B2 - ハーフトーンスクリーンについてプリント装置を較正する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にハーフトーンスクリーンの較正方法に関し、詳細には、ハーフトーンスクリーンの較正を可能にするために階調応答曲線(tone response curve)を特徴づける方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルハーフトーン化処理は、写真画像をデジタル的にプリントしたバージョンが、写真原画の連続階調スケールの錯覚を作り出すように、デジタルプリンタへのデジタル入力信号を、ハードコピーをプリントする前に調整する処理である。ほとんどのインクジェットプリンタ及び電子写真“レーザ”プリンタは、最終的にはバイナリモード（即ち、特定の位置において点がプリントされるか否か）で動作する。一般的に、デジタルハーフトーン化、即ちスクリーニング技術は、必要なグレーの陰影と一組の所定の閾値レベルのうちの１つとの比較に基づいて、点のプリントを制御して、連続階調の錯覚を得る。そのグレーが所与の閾値レベルよりも暗い場合には、点がプリントされる。そのグレーが所与の閾値レベルほど暗くない場合には、点はプリントされない。
【０００３】
所与のハーフトーンスクリーンを用いて画像をプリントするために、スクリーンを特定の、即ち目標とするプリンタに合わせて較正しなければならない。較正とは、プリントされた画像によって所与の入力グレーが良好に再現されるように、ハーフトーンスクリーンの閾値を設定することである（スクリーンマトリックスの生成ともいう）。この較正は、使用したいハーフトーンスクリーン毎に繰り返さなければならない、時間がかかる大変な処理である。プリンタの特性が変わらない限り、較正は有効である。
【０００４】
ハーフトーンスクリーンの較正には、所与の画像データ入力に対してどのくらいの量のトナーを与えるかを決定する、目標プリンタの階調応答曲線（ＴＲＣ）の生成が必要である。ＴＲＣを生成するための従来の処理は、目標プリンタ及びトナーを用いて、所与のハーフトーンスクリーンについて、広範囲のドットパターンのテストパッチをプリントすることを含む。プリントされたパッチのグレーレベルを測定し、その測定値を、ドットパターン内の実際のＯＮ画素の数に対応させてプロットする。次に、そのプロットを滑らかにして、得られた曲線を正規化し、ＴＲＣが構成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の処理を用いても、そのプリンタの全体的な階調応答の良好な表現を生成できるのであるが、ほとんどのハーフトーンスクリーンで使用可能な多くのドットパターンをプリントし、測定し、解析するのは、概して長い時間がかかる処理である。また、この処理は測定ノイズの影響を受けるので、プリンタの応答を正確には反映していないＴＲＣを生じる。所与の各ドットパターンに対する測定値の数を増やすことで測定ノイズを低減できるが、処理時間が長くなるという犠牲を伴う。更に、測定ノイズの修復に用いられる曲線平滑化関数は、ＴＲＣに歪みを生じさせ得る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様に従い、プリンタの応答を特徴づける方法が提供される。この方法は、（ａ）ハーフトーンスクリーンに対して、各テストパッチが３つ未満（２つ以下）の異なる基本パターンを有するドットパターンから成る、複数のテストパッチを生成するステップと、（ｂ）複数のテストパッチのうち選択されたテストパッチの輝度を測定するステップと、（ｃ）輝度の測定値をプロットして、一組の較正された点をプリンタ較正曲線上に与えるステップと、（ｄ）インクの領域被覆度と画像の反射率との関係を確立する式を用いて、隣接する較正された点の間にプリンタ較正曲線を生成するステップと、を含む。
【０００７】
本発明の別の態様は、先の態様において、前記インク領域被覆度と画像の反射率との関係を確立する式が次式によって与えられる。
ｒ^1/n＝ａ_mｒ_m ^1/n＋ａ_m+1ｒ_m+1 ^1/n
式中、ａ_m、ａ_m+1はドットパターン内のＰ_m及びＰ_m+1基本パターンの数であり、ｒ_m、ｒ_m+1はドットパターン内のＰ_m及びＰ_m+1基本パターンの反射率であり、ｎはユール−ニールセン係数である。
本発明の更に別の態様は、先の態様において、前記インク領域被覆度と画像の反射率との関係を確立する式が次式によって与えられる。
Ｌ^*＝ａ_mＬ^* _m＋ａ_m+1Ｌ^* _m+1
式中、ａ_mはドットパターン内のＰ_m基本パターンの数であり、ａ_m+1はドットパターン内のＰ_m+1基本パターンの数であり、Ｌ^* _m及びＬ^* _m+1は２つの基本パターンＰ_m及びＰ_m+1の明度の測定値である。
本発明の更に別の態様は、先の態様において、２つのタイプの基本パターンの組み合わせから成るドットパターンを含む複合テストパッチを生成するステップと、前記複合テストパッチの輝度を測定するステップと、前記複合テストパッチの輝度の測定値を前記一組の較正された点と共にプロットするステップと、を更に有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本明細書で用いる“ドットパターン”という用語は、ハーフトーンスクリーニング処理から得られる生成物、即ち画像のことである。本明細書で用いる“ハーフトーンスクリーニング”とは、一組の画素をまとめてハーフトーンスクリーン、即ちスクリーンマトリックスと比較して、ドットパターンを構成することである。つまり、“ハーフトーンスクリーン”又は“スクリーンマトリックス”という用語は、ドットパターンを生成するためのハーフトーンスクリーニング処理に適用される一組の閾値を共に構成する一組の値のことを表現するために用いられる。“基本セル”とはハーフトーンスクリーンの小さなサブセル（部分セル）のことであり、一般的な多重中心ドットスキームを用いてハーフトーンスクリーンをサブセルに分けることができる。Ｍ（Ｍ＞１）個の要素を有する基本セルは、Ｍ＋１通りの異なるグレーレベル（完全な白を含む）に対応するＭ＋１通りの異なる基本パターンを定める。
【０００９】
“画素”とは、画像内の特定の位置と関連づけられた、白から黒までの濃度を有する画像信号のことである。従って、画素は強度及び位置によって定義される。スクリーンマトリックスに従ったハーフトーンスクリーニングから、１つのドットパターンは複数の画素で構成される。これらの用語は説明を簡単にするために用いられるものであり、走査画素に関する入力解像度がプリント画素に関する出力解像度と異なる画像に対しては、適切なサイジング操作を行わなければならないことを理解されたい。“輝度”という用語は、単位面積当たりの光の強さのことであり、以下の議論においては、濃度、色差、輝度/明度、反射率、又は他の任意の光の測定値などの、一般的な階調測定値も表す。
【００１０】
本発明は、選択されたハーフトーンスクリーンに対する、所与のプリンタの階調応答曲線（ＴＲＣ）などの較正曲線を、迅速且つ正確に特徴づける処理を含む。１つ以上の基本セルによって構成される１つのハーフトーンスクリーンによって生成され得る全てのドットパターンは、小さなセットの基本パターンの空間的な組み合わせとして正確に記述でき、この基本パターンの空間的な組み合わせは、ノイゲバウアー(Neugebauer)、マレー−デービス(Murray-Davis)、ユール−ニールセン(Yule-Nielsen)、クラッパー−ユール(Clapper-Yule)、ビアブーガー(BeerBouguer)、クベルカ−ムンク(Kubelka-Munk)等によって述べられているような、光、インク、紙と目の相互作用の特性のモデリングに関する様々なモデルによって記述される、プリントされた点（黒いドット）とプリントされていない（白い）紙の領域との混合に似ているという原理に、この処理は基づくものである。
【００１１】
詳細には、ラインスクリーンも含めて任意のハーフトーンスクリーンを考えると、それは、スクリーン内の各基本セルが同じサイズ（Ｍ個の画素）及び形状を有する、Ｎ≧１個の基本セル（又はサブセル）から成ると特徴づけることができる。ハーフトーンスクリーンとして基本セルだけを用いると（即ち、Ｎ＝１）、生成され得るドットパターンは、各々が“基本パターン”と同一であるＭ＋１個のドットパターンだけである。これらの基本パターンはＰ₀、Ｐ₁、Ｐ₂…、Ｐ_Mとして識別することができ、下付き文字はその基本パターン内の埋められた画素数を示す。即ち、Ｐ₀はパターン内に‘ＯＮ’画素がなく、Ｐ₁は‘ＯＮ’画素が１つあり、Ｐ_Mは全ての画素が‘ＯＮ’である。
【００１２】
Ｎ≧１個の基本セルを有するハーフトーンスクリーンによって生成可能なドットパターンはいずれも、Ｍ＋１個の基本パターンの空間的な組み合わせである。更に、最小のアーチファクトを伴う最適な出力を達成するためにしばしばなされるように、ある一定の入力に対するドットパターンが２つ以下の基本パターンで構成されるよう制約するようにハーフトーンスクリーンが設計される場合には、可能なドットパターンは、各々が２つの基本パターンの空間的な組み合わせとして記述可能なＭ×Ｎ＋１個のドットパターンだけである。上記の制約の下で動作すると、そのハーフトーンスクリーンによって生成されるドットパターンが２つの基本パターンＰm及びＰm+1で構成されている場合、基本パターンＰmにおけるＯＮ画素でない画素（白画素）の１つをＯＮ画素（黒画素）に変更すると、このように画素が変更された基本パターンＰmの数に対応する量だけ、そのドットパターン内のＰm基本パターンの数が減り、Ｐm+1基本パターンの数が増える。
【００１３】
２つの微小構造、例えばＰ_m及びＰ_m+1を空間的に混合することは、様々なモデルによって記述される、プリントされたドットパターンとプリントされていない領域とを混合することと似ている。例えば、修正ユール−ニールセン方程式を用いると、Ｐ_m及びＰ_m+1基本パターンのある組み合わせで構成される任意のドットパターンの反射率は、次の式で求められる。
ｒ^1/n＝ａ_mｒ_m ^1/n＋ａ_m+1ｒ_m+1 ^1/n （１）
式中、ａ_m、ａ_m+1はドットパターン内の各基本パターンの面積であり、ｒ_m、ｒ_m+1は各基本パターンの反射率であり、ｎはユール−ニールセン係数である。反射率ｒ_m及びｒ_m+1は、Ｐ_m及びＰ_m+1の各基本パターンのみで構成されるドットパターンから成る２つのテストパッチを測定することで得られる。面積ａ_m、ａ_m+1は、ドットパターン内のＰ_m及びＰ_m+1基本パターンのそれぞれの数によって正確に推定できる。また、ユール等によって示されるように、ユール−ニールセン係数ｎの良好な推定値は２から３の間であり、これは、次のほぼ線形の関係に、ＣＩＥ１９７６明度（Ｌ^*）又はＣＩＥ１９７６色差（ΔＥ）の使用を可能とする。
Ｌ^*＝ａ_mＬ^* _m＋ａ_m+1Ｌ^* _m+1 （２）
式中、Ｌ^* _m及びＬ^* _m+1はそれぞれ２つの基本パターンＰ_m及びＰ_m+1から測定されたＣＩＥ明度であり、ａ_m及びａ_m+1はドットパターン内のＰ_m及びＰ_m+1基本パターンの数である。
【００１４】
上記から、所与のハーフトーンスクリーンに対するドットパターンの全セットを用いてＴＲＣの測定を試みるよりも、目標プリンタで生成されるＭ＋１個の基本パターンの輝度を正確に測定する方がより効率的であることに注目されたい。Ｍ＋１個の基本パターンの輝度の測定値により、ＴＲＣを画定する一組の較正点が与えられる。次に、インク領域被覆度と用紙上に生成された画像の反射率との関係を確立する修正ユール−ニールセン方程式又は任意の公知の式を用いて、ＴＲＣの残りの部分を正確に推定することができる。また、ほとんどのハーフトーンスクリーンでは、基本パターンの数はあり得るドットパターンの総数よりも遥かに少ない。従って、テストパッチのプリント及び測定を繰り返すことにより、各基本パターンに対する複数の測定値を得ることができ、それにより測定ノイズが低減され、測定値の精度が増す。このプリント及び測定の繰り返しは、従来のＴＲＣ生成方法で必要な測定回数よりも多くなることはなく、多くの場合はそれよりも少ない回数で達成できる。
【００１５】
説明の目的で、図１に示されている、それぞれが２１個の画素を有する１２個の基本セルから成る、確率的にクラスタ化されたハーフトーンスクリーンを考える。図２は、図１のハーフトーンスクリーンの基本セルの１つを示しており、画素内の番号は基本セルのフィルシーケンスを示す。図３は、図２の基本セルの一組の基本パターンＰ₀、Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₄、Ｐ₅、Ｐ₆、…、Ｐ₁₅、Ｐ₁₆、Ｐ₁₇、Ｐ₁₈、Ｐ₁₉、Ｐ₂₀、Ｐ₂₁、の一部を示す。複数のテストパッチが生成され、目標プリンタを用いてプリントされる。この複数のテストパッチは、各基本パターンに対応する少なくとも１つのテストパッチを含むのが好ましく、このような対応するテストパッチは、全体が単一のタイプの基本パターンで構成されたドットパターンを含む。次に、各テストパッチの輝度又は類似の測定値を得るために、テストパッチが走査される。
【００１６】
２２個の基本パターンのそれぞれについてテストパッチの輝度を測定すると、図４のグラフ中の丸で示されるように、ＴＲＣ上の２２個の較正点が得られる。図４のグラフでは、水平軸の番号は、それから較正点が生成された基本パターンに対応する。上記の式１又は２を用いて、曲線を完成、即ち、隣接する２つの較正点の間の線を得ることができる。例えば、図５のグラフに示されている２９個のＯＮ画素を有するドットパターンのように、基本パターンＰ₂及びＰ₃のある組み合わせから成る（即ち、ドットパターン内に２４〜３６個のＯＮ画素を含む）ドットパターンに対するＴＲＣを生成するために、式１を用いると、
【数１】

となる。式中、ｒ₂及びｒ₃はそれぞれ基本パターンＰ₂及びＰ₃に対応するテストパッチの測定された反射率であり、ｎはユール−ニールセン係数である。式２を用いると、
【数２】

となる。式中、Ｌ₂ ^*及びＬ₃ ^*はそれぞれ基本パターンＰ₂及びＰ₃に対応するテストパッチのＣＩＥ明度の測定から得たものである。
【００１７】
図４のＴＲＣは、たとえ“従来の”ＴＲＣに似ていても、従来の方法で生成されたＴＲＣに見られるであろう、全体的に滑らかな階調応答を与えないことが当業者にはわかるであろう。従来の方法のように、ぎざぎざの線をより滑らかな曲線と置き換える、ある形式のデータフィッティングや曲線平滑化を用いることが期待されよう。図４のＴＲＣを平滑化するために曲線平滑化技術を適用することも可能ではあるが、そのような平滑化技術を用いると、較正点に対応する節目の点における幾つかの微妙な変化がなくされ、歪曲された、精度が劣るＴＲＣを生じる傾向があるので、好ましくない。
【００１８】
次に図６を参照すると、本発明に従ったハーフトーン較正方法を示すフローチャートが示されている。この処理ではまず、ステップＳ１で、較正すべきハーフトーンスクリーンが識別される。上述したように、本発明は、ドット内の各基本セルが同じサイズ及び形状を有する複数の基本セル（サブセル）から成ると特徴づけられる、あらゆるハーフトーンスクリーンの較正に適している。ステップＳ３で、一組のテストパッチが生成され、目標プリンタを用いてプリントされる。各テストパッチは、単一の基本パターンに対応するとともに、各ドットパターンが同一タイプの基本パターンから成る１つ以上のドットパターンで構成されているのが好ましい。上述したように、各基本パターンに対して複数の測定値を得ることで、測定ノイズを低減することができ、全体的な精度が高まる。これは、所与の基本パターンに対応する同一のテストパッチを、そのページにわたる複数の位置でランダム又は擬似ランダムにプリントすることにより達成されるのが好ましい。
【００１９】
ステップＳ５で、ステップＳ３でプリントされたテストパッチの輝度が測定される。ステップＳ７で、輝度の測定値がプロットされ、ＴＲＣを画定する一組の較正点が与えられる。更に、ステップＳ７で、インク領域被覆度と用紙上に生成された画像の反射率との関係を確立する修正ユール−ニールセン方程式又は類似の式を用いて、隣接する較正点の間の応答曲線が生成される。較正されたＴＲＣが得られると、ステップＳ９で、較正されたハーフトーンスクリーンに対する閾値を、公知の方法で容易に決定できる。
【００２０】
選択されたハーフトーンスクリーンについて、単一の基本パターンに対応するドットパターンを有するテストパッチに加えて２つの基本パターンの組み合わせから成るハーフトーンドットのテストパッチをプリントすることにより、プリンタ較正曲線における更なる精度を得ることができることを認識されたい。この付加的なテストパッチの輝度を測定することで、プリンタ較正曲線（例えばＴＲＣ）上に更に較正点が与えられ、先に述べたのと同じように、インク領域被覆度と用紙上に生成された画像の反射率との関係を確立する式を用いて、較正点の間の曲線が生成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の基本セルから成るハーフトーンスクリーンを示す図である。
【図２】図１のハーフトーンスクリーンの基本セルを示す図である。
【図３】図２の基本セルから生成可能な基本パターンを示す図である。
【図４】本発明の教示に従って生成された階調応答曲線のサンプルを示す図である。
【図５】図１のハーフトーンスクリーンによって生成された２９個のＯＮ画素を有するドットパターンを示す図である。
【図６】本発明の概念に従ったハーフトーンスクリーン較正方法の実施形態を示すフロー図である。

Claims (1)

1. 各々Ｍ（Ｍは、２以上の自然数）個の画素からなるＮ（Ｎは、自然数）個の同一形状の基本セルで構成されると共に当該基本セル内における黒が形成される画素の個数が０〜Ｍ個であるＭ＋１個のハーフトーンスクリーンを用いてＭ＋１個のテストパッチを生成するステップと、
   前記Ｍ＋１個のテストパッチ各々の、単位面積当たりの光の強度である輝度を測定するステップと、
   前記測定された輝度の測定値を、前記基本セル内における黒が形成される画素の個数と前記輝度とにより定まる座標にプロットするステップと、
   ０〜（Ｍ−１）の数をＰとして、以下の式を用いて、前記Ｍ個のハーフトーンスクリーンの内、基本セル内の黒の画素がＰである第１のハーフトーンスクリーンから形成された第１のテストパッチの前記測定された第１の輝度に基づいてプロットされた第１の点と、前記Ｍ個のハーフトーンスクリーンの内、基本セル内の黒の画素がＰ＋１である第２のハーフトーンスクリーンから形成された第２のテストパッチの前記測定された第２の輝度に基づいてプロットされた第２の点との間にプリンタ較正曲線を生成するステップと、
   を有する、ハーフトーンスクリーンについてプリント装置を較正する方法。
   ｒ^1/n＝ａ_mｒ_m ^1/n＋ａ_m+1ｒ_m+1^1/n
   式中、
   ａ _m は、１つのハーフトーンスクリーンを構成するＮ個の基本セルの内、黒が形成される画素の数がＰの基本セルの数ＳのＮに対する割合（Ｓ／Ｎ）であり、
   ａ _m+1 は、前記１つのハーフトーンスクリーンを構成するＮ個の基本セル内の黒が形成される画素の数がＰ＋１の基本セルの数Ｔ（Ｔ＝Ｎ−Ｓ）のＮに対する割合（Ｔ／Ｎ）であり、
   ｒ _m は、前記第１の輝度であり、
   ｒ _m+1 は、前記第２の輝度であり、
   ｎはユール−ニールセン係数である。

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