JP5222797B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置に関するものである。

画像データを多値化する処理方法として誤差拡散法がある。例えば画像データを２値化する際に誤差拡散法が使用される。

誤差拡散法では、ある画素について多値化を行った際に発生する誤差を、後に多値化を行う周辺画素に拡散させ、通常主走査方向に沿って順番に各画素について多値化を行っていく。このため、ある画素に対して、先に多値化された複数の画素からの拡散誤差が元々の画素値に加算され、加算後の画素値に対して多値化が行われる。誤差拡散法には、誤差の拡散パターンに応じて、Floyd-Steinberg方式、Burkes方式などの様々な方式がある。

Floyd-Steinberg方式の場合、図８に示すように、画素１０１には、主走査方向における１つ前の画素、並びに１つ前のラインにおける同一位置の画素およびその前後の画素の合計４画素からの拡散誤差が加算される（例えば特許文献１参照）。また、Burkes方式の場合、図９に示すように、画素１０１には、主走査方向における１つ前および２つ前の画素、並びに１つ前のラインにおいて主走査方向における同一位置の画素およびその前後２画素ずつの合計７画素からの拡散誤差が加算される（例えば特許文献２，３参照）。

特開平１０−２２４６２７号公報 特開２０００−１２５１２２号公報 特開２００５−１４３１４０号公報

通常、このような画像処理をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの専用回路で行う場合、画像データがメインメモリに記憶されており、１ライン分の多値化時の誤差を保持するラインメモリが専用回路内に用意され、１ラインずつ多値化が進められていく。つまり、あるラインについて多値化を行った際に得られる誤差がラインメモリに保持され、次のラインの多値化の際に、ラインメモリに記憶されている誤差から各画素へ拡散される誤差が計算され、その拡散誤差を考慮して各画素の多値化が行われる。

図１０は、画像内で多値化を行う順番を示す図である。図１０（Ａ）に示す場合、１ラインずつ、主走査方向に沿って多値化処理が進められる場合の順番である。この場合、画像データの主走査方向の画素数に比例するサイズのラインメモリが必要になる。図１０（Ｂ）に示す場合、Floyd-Steinberg方式が使用され、バンドごとに４５度の方向に沿って多値化処理が進められる（例えば特許文献１参照）。この場合、バンドの高さ分の画素数に比例するサイズのラインメモリが必要になる。

したがって、図１０（Ａ）に示す場合、必要なラインメモリのサイズは大きくなる。ＡＳＩＣなどの専用回路でラインメモリに使用されるメモリ素子は、メインメモリのメモリ素子に比べ高価になるため、装置のコストが高くなってしまう。一方、図１０（Ｂ）に示す場合、バンドの高さ分のサイズのラインメモリで済むため、装置のコストは低くなる。

また、図１１は、次の画素についての多値化を行う際に、メモリから誤差を新規に読み出す必要のある画素を示す図である。図１１（Ａ）に示すように、図１０（Ａ）に示す順番で処理を進める場合には、画素１０１の次に画素１１１の多値化を行う際には、１つの画素１１２の誤差値を新たにメモリから読み出す必要がある。その他の画素の誤差値は、画素１０１の多値化の際に使用したものを使用できる。また、図１１（Ｂ）に示すように、図１０（Ｂ）に示す順番で処理を進める場合には、画素１０１の次に画素１１１の多値化を行う際には、２つの画素１１２の誤差値をメモリから読み出す必要がある。その他の画素の誤差値は、画素１０１の多値化の際に使用したものを使用できる。

このように、図１０（Ｂ）に示す順番で多値化処理を行うと、メモリにアクセスする回数が増えるため、多値化処理の速度低下の原因となる。したがって、図１０（Ｂ）に示す順番で多値化処理を行うと、ラインメモリのサイズは少なくなるが、多値化処理の速度は低下してしまう。

このような問題は、画像において、先に処理をした周辺画素の演算結果を使用して各画素について値を所定の順番で求めていく画像処理全般に発生し得る。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、サイズの小さいラインメモリを使用しつつ低頻度のメモリアクセスで、画像において、所定の順番で、先に処理をした周辺画素の演算結果を使用して各画素について値を求めていく画像処理を行うことができる画像処理装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る画像処理装置は、画像を分割して得られる分割領域ごとに順番に、各分割領域内の画素について値を求める演算処理部を備える。そして、分割領域のうちの少なくとも１つは、四角形領域である。四角形領域の２つの辺は、四角形領域の互いに対向する２つの頂点のうちの第１頂点から、第１頂点に位置する第１画素の演算結果を使用して値を求める後続画素がすべて四角形領域に入るように、前記後続画素のうちの２つの画素の方向に延びている。また、四角形領域の残りの２つの辺は、２つの頂点のうちの第２頂点から、第２頂点に位置する第２画素についての値の演算のために演算結果が使用される先行画素がすべて四角形領域に入るように、先行画素のうちの２つの画素の方向に延びている。
また、演算処理部は、誤差拡散法に基づいて多値化処理を行い、画素についての値を求める。そして、四角形領域の２つの辺は、四角形領域の互いに対向する２つの頂点のうちの第１頂点から、第１頂点に位置する第１画素からの拡散誤差を使用して値を求める後続画素がすべて四角形領域に入るように、後続画素のうちの２つの画素の方向に延びている。また、四角形領域の残りの２つの辺は、２つの頂点のうちの第２頂点から、第２頂点に位置する第２画素についての値の演算のために拡散誤差が使用される先行画素がすべて四角形領域に入るように、先行画素のうちの２つの画素の方向に延びている。
さらに、画像が複数のバンドに分割され、バンドのそれぞれが分割領域に分割され、各バンドにおいて前記分割領域のうちの少なくとも１つは、前記四角形領域と同一の四角形領域である。そして、演算処理部は、バンドごとに順番に、各バンドにおける分割領域ごとに順番に画素についての値を求める。
さらに、バンドにおける最後の分割領域と、次のバンドにおける最初の分割領域とを結合すると、四角形領域と同一の形状となり、演算処理部は、その最後の分割領域およびその最初の分割領域に対して、その最後の分割領域からその最初の分割領域への誤差拡散を遮断しつつ四角形領域と同一の演算処理を行い、その最後の分割領域およびその最初の分割領域における画素についての値を求める。

これにより、ラインメモリのサイズは分割領域の１ラインの画素数に比例するサイズとなるとともに、分割領域内での画素の処理順番を、メモリへのアクセスが低頻度な方式とすることができる。したがって、サイズの小さいラインメモリを使用しつつ低頻度のメモリアクセスで、画像において、先に処理をした周辺画素の演算結果を使用して各画素について値を所定の順番で求めていく画像処理を行うことができる。また、ラインメモリのサイズは分割領域の１ラインの画素数に比例するサイズとなるとともに、分割領域内での画素の処理順番を、メモリへのアクセスが低頻度な方式とすることができる。したがって、サイズの小さいラインメモリを使用しつつ低頻度のメモリアクセスで、誤差拡散法を使用して多値化処理を行うことができる。さらに、２つの分割領域を、１つの四角形領域に対する処理と同様に１回で処理することができるため、処理速度を高くすることができる。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、画像処理装置は、少なくとも第２頂点から延びる２つの辺上の画素についての多値化時の誤差を保持する記憶装置を備える。そして、演算処理部は、記憶装置に保持されている誤差を使用して、四角形領域に隣接する領域における画素についての値を求める。

また、本発明に係る画像処理装置は、上記の画像処理装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、演算処理部は、ＡＳＩＣで構成され、多値化時の誤差を保持するために、四角形領域の幅に比例するサイズのラインメモリを有する。

本発明によれば、サイズの小さいラインメモリを使用しつつ低頻度のメモリアクセスで、画像において、先に処理をした周辺画素の演算結果を使用して各画素について値を所定の順番で求めていく画像処理を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１において、画像データによる画像についての分割領域の一例を示す図である。 図３は、図２において、四角形領域である分割領域の画素配列の一例を示す図である。 図４は、四角形領域である分割領域の形状を説明する図である。 図５は、四角形領域の分割領域における多値化処理の順番を示す図である。 図６は、分割領域において、多値化時に発生する誤差をメインメモリに一時的に格納する画素を示す図である。 図７は、実施の形態２において、結合される分割領域の組の例を示す図である。 図８は、Floyd-Steinberg方式での誤差拡散パターンを示す図である。 図９は、Burkes方式での誤差拡散パターンを示す図である。 図１０は、画像内で多値化を行う順番を示す図である。 図１１は、次の画素についての多値化を行う際に、メモリから誤差を新規に読み出す必要のある画素を示す図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。図１において、画像処理回路１は、画像処理を行う専用回路であり、バス２に接続されている。バス２には、さらに、メインメモリ３、ＲＯＭ（Read Only Memory）４およびＣＰＵ（Central Processing Unit）５が接続されている。メインメモリ３には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）が使用される。

画像処理回路１は、例えばＡＳＩＣで実現される。画像処理回路１は、メモリ１１、ダイレクトメモリアクセスコントローラ（ＤＭＡＣ：Direct Memory Access Controller）１２および演算処理部１３を有する。メモリ１１は、その一部の記憶領域としてラインメモリ２１を有する。 メモリ１１には、アクセス速度の高いＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）が使用される。ＤＭＡＣ１２は、ＣＰＵ５を使用せずに、バス２を介してメインメモリ３に対してデータの読み書きを行う回路である。演算処理部１３は、ＤＭＡＣ１２を制御してメインメモリ３から画像データ３１を読み出し、ラインメモリ２１を使用しつつ誤差拡散法で多値化処理を実行し、ＤＭＡＣ１２を制御してメインメモリ３へ処理後の多値化データ３２を書き込む回路である。ＣＰＵ５は、例えばＲＯＭ４に記憶されているプログラムに従って動作し、メインメモリ３への画像データ３１の書き込み、メインメモリ３からの多値化データ３２の読み出しなどを行う。

図２は、実施の形態１において、画像データ３１による画像についての分割領域の一例を示す図である。

実施の形態１では、画像が複数のバンド４１−１，４１−２に分割され、バンド４１−１，４１−２のそれぞれが分割領域５１ａ〜５１ｅ（または５２ｄ〜５２ｈ）に分割され、各バンド４１−ｉにおける分割領域５１ａ〜５１ｅ（または５２ｄ〜５２ｈ）の一部である複数の分割領域５１ｂ，５１ｃ（または５２ｆ，５２ｇ）は、同一形状の四角形領域となっている。ここでは、分割領域５１ｂ，５１ｃ，５２ｆ，５２ｇは、同一形状の四角形領域である。図３は、図２において、四角形領域である分割領域５１ｂの画素配列の一例を示す図である。

また、図４は、四角形領域である分割領域５１ｂの形状を説明する図である。図４（Ａ）に示すように、四角形領域の４つの頂点に位置する画素６１〜６４が決められる。この実施の形態では、Floyd-Steinberg方式の誤差拡散法で多値化が行われる。このため、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示すように、四角形領域の形状が決定される。この場合、画素のアスペクト比を１とすると、四角形領域の形状は、対向する２つの頂点の角度が２２５度である平行四辺形となる。なお、四角形領域の幅は、適宜設定され、四角形領域の高さはバンド４１−ｉの高さとされる。図４（Ｂ）に示すように、四角形領域の２つの辺は、四角形領域の互いに対向する２つの頂点のうちの第１頂点から、第１頂点に位置する第１画素６１からの拡散誤差を使用して値を求める後続画素がすべて四角形領域に入るように、後続画素のうちの２つの画素７１，７２の方向に延びている。図４（Ｃ）に示すように、四角形領域の残りの２つの辺は、２つの頂点のうちの第２頂点から、第２頂点に位置する第２画素６２についての値の演算のために演算結果（つまり、多値化時の誤差）が使用される先行画素がすべて四角形領域に入るように、先行画素のうちの２つの画素７６，７７の方向に延びている。

次に、上記装置の動作について説明する。

図２に示すように、画像が複数のバンド４１−１，４１−２に分割され、さらに分割領域５１ａ〜５１ｄ，５２ｄ〜５２ｈに分割されている場合、分割領域５１ａ、分割領域５１ｂ、分割領域５１ｃ、分割領域５１ｄ、分割領域５１ｅ、分割領域５２ｄ、分割領域５２ｅ、分割領域５２ｆ、分割領域５２ｇ、分割領域５２ｈの順番で、分割領域ごとに、多値化処理が行われる。

各分割領域では、１ラインごとに主走査方向に沿って順番に各画素について多値化処理が行われる。１ラインの処理が完了すると、副走査方向に次のラインの処理が行われる。図５は、四角形領域の分割領域５１ｂ，５１ｃ，５２ｆ，５２ｇにおける多値化処理の順番を示す図である。

各ラインにおける１つの画素（対象画素）について多値化を行う場合、演算処理部１３は、１つ前の画素についての誤差を保持しているとともに、１つ前の画素の多値化に使用するために読み出された前ラインの誤差を保持しており、対象画素の多値化に必要な残りの画素の誤差をラインメモリ２１から読み出すとともに、ＤＭＡＣ１２を使用して対象画素の値をメインメモリ３から読み出し、それらの誤差に所定の係数をそれぞれ乗じた値（つまり、拡散誤差）の合計と対象画素の値との和を多値化する（図１１（Ａ）参照）。

なお、演算処理部１３は、分割領域における画素６３から画素６２までの辺上の画素およびそれぞれ１つ前の画素、並びに画素６４から画素６２までの画素についての誤差を、ＤＭＡＣ１２を使用してメインメモリ３に一時的に格納しておき、後続の分割領域についての多値化処理の際にＤＭＡＣ１２を使用して読み出す。図６は、分割領域において、多値化時に発生する誤差をメインメモリ３に一時的に格納する画素を示す図である。例えば、分割領域５１ｂにおける画素６３から画素６２までの辺上の画素およびそれぞれ１つ前の画素についての多値化時の誤差は、分割領域５１ｃにおける画素６１から画素６４までの辺上の画素の多値化の際に使用される。また、例えば、分割領域５１ｂにおける画素６４から画素６２までの辺上の画素についての多値化時の誤差は、分割領域５２ｄ，５２ｅの多値化処理に使用される。

なお、分割領域５１ｂ，５１ｃのように、上側に分割領域がない分割領域の場合には、その分割領域の上辺上の画素については、演算処理部１３は、１つ前のラインからの拡散誤差をゼロとして多値化処理を行う。

また、分割領域５１ａ，５１ｅ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｈのように、その形状が他の分割領域５１ｂ，５１ｃ，５２ｆ，５２ｇの四角形領域の一部と同一である分割領域の場合、演算処理部１３は、例えば、四角形領域の形状から欠けている部分に仮想的に値ゼロの画素を設け、四角形領域と同様に多値化を行う。

以上のように、上記実施の形態１によれば、演算処理部１３は、画像を分割領域に分割し、分割領域ごとに、分割領域内の画素について誤差拡散法に基づいて多値化処理を行う。分割領域のうちの少なくとも１つは、四角形領域である。そして、四角形領域の２つの辺は、四角形領域の互いに対向する２つの頂点のうちの第１頂点から、第１頂点に位置する第１画素６１からの拡散誤差を使用して値を求める後続画素がすべて四角形領域に入るように、後続画素のうちの２つの画素７１，７２（つまり、それらの後続画素のうち、第１頂点を中心として角度的に両端にある画素）の方向に延びている。また、四角形領域の残りの２つの辺は、２つの頂点のうちの第２頂点から、第２頂点に位置する第２画素６２についての値の演算のために拡散誤差が使用される先行画素がすべて四角形領域に入るように、先行画素のうちの２つの画素７６，７７（つまり、それらの先行画素のうち、第２頂点を中心として角度的に両端にある画素）の方向に延びている。

これにより、ラインメモリ２１のサイズは分割領域の１ラインの画素数に比例するサイズとなるとともに、分割領域内での画素の処理順番を、メモリへのアクセスが低頻度な方式とすることができる。したがって、サイズの小さいラインメモリを使用しつつ低頻度のメモリアクセスで、誤差拡散法を使用して多値化処理を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、バンド４１−ｉの最後の分割領域と、次のバンド４１−（ｉ＋１）の最初の分割領域とを結合すると、上述の四角形領域と同一の形状となるように分割領域が設定され、演算処理部１３は、バンド４１−ｉの最後の分割領域および次のバンド４１−（ｉ＋１）の最初の分割領域の結合に対して、バンド４１−ｉの最後の分割領域から次のバンド４１−（ｉ＋１）の最初の分割領域への誤差拡散を遮断しつつ、他の四角形領域と同一の演算処理を行い、バンド４１−ｉの最後の分割領域および次のバンド４１−（ｉ＋１）の最初の分割領域における画素について多値化を行う。

図７は、実施の形態２において、結合される分割領域の組の例を示す図である。図２に示すように分割領域が設定されている場合、図７（Ａ）に示すように、バンド４１−１の部分領域５１ｄとバンド４１−２の部分領域５２ｄとを結合すると、分割領域５１ｂ，５１ｃ，５２ｆ，５２ｇと同一形状となり、図７（Ｂ）に示すように、バンド４１−１の部分領域５１ｅとバンド４１−２の部分領域５２ｅとを結合すると、分割領域５１ｂ，５１ｃ，５２ｆ，５２ｇと同一形状となる。

このため、演算処理部１３は、部分領域５１ｄと部分領域５２ｄを１つの四角形領域とするとともに、部分領域５１ｅと部分領域５２ｅを１つの四角形領域として、多値化処理を行う。ただし、部分領域５１ｄと部分領域５２ｄとの境界Ｇでの誤差拡散は遮断される。つまり、部分領域５１ｄにおける画素からの拡散誤差はゼロとして部分領域５２ｄにおける画素の多値化が行われる。同様に、部分領域５１ｅと部分領域５２ｅとの境界Ｇでの誤差拡散は遮断される。つまり、部分領域５１ｄ，５１ｅにおける画素からの拡散誤差はゼロとして部分領域５２ｅにおける画素の多値化が行われる。

なお、実施の形態２に係る画像処理装置のその他の構成および動作は実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。

以上のように、上記実施の形態２によれば、あるバンドにおける最後の分割領域と、そのバンドの次のバンドにおける最初の分割領域とを結合すると、四角形領域と同一の形状となる。そして、演算処理部１３は、その最後の分割領域およびその最初の分割領域に対して、その最後の分割領域からその最初の分割領域への誤差拡散を遮断しつつ四角形領域と同一の演算処理を行い、その最後の分割領域およびその最初の分割領域における画素についての値を求める。

これにより、演算処理部１３は、２つの分割領域を、１つの四角形領域に対する処理と同様な１領域分の処理することができるため、処理速度を高くすることができる。

なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記各実施の形態においては、誤差拡散法に基づく多値化処理について説明しているが、本発明は、画像において、先に処理をした周辺画素の演算結果を使用して各画素について値を所定の順番で求めていく画像処理にも適用可能である。

また、上記各実施の形態において、誤差拡散法として、Floyd-Steinberg方式を採用しているが、別の方式を採用するようにしてもよい。その場合、その方式に応じて、四角形領域の形状が決定されるとともに、メインメモリ３に誤差が一時的に格納される画素が決定される。

また、上記各実施の形態において、画像の形状は矩形としているが、その他の形状でもよい。

本発明は、例えば、複合機、プリンタなどの画像形成装置内で２値化処理を行う装置に適用可能である。

３ メインメモリ（記憶装置の一例）
１３ 演算処理部
２１ ラインメモリ
４１−１，４１−２ バンド
５１ａ〜５１ｅ，５２ｄ〜５２ｈ 分割領域
６１ 第１画素
６２ 第２画素

Claims (3)

1. 画像において、先に処理をした周辺画素の演算結果を使用して各画素について値を所定の順番で求めていく画像処理を行う画像処理装置において、
   前記画像を分割して得られる分割領域ごとに順番に、各分割領域内の画素について値を求める演算処理部を備え、
   前記分割領域のうちの少なくとも１つは、四角形領域であり、
   前記四角形領域の２つの辺は、前記四角形領域の互いに対向する２つの頂点のうちの第１頂点から、前記第１頂点に位置する第１画素の演算結果を使用して値を求める後続画素がすべて前記四角形領域に入るように、前記後続画素のうちの２つの画素の方向に延びており、
   前記四角形領域の残りの２つの辺は、前記２つの頂点のうちの第２頂点から、前記第２頂点に位置する第２画素についての値の演算のために演算結果が使用される先行画素がすべて前記四角形領域に入るように、前記先行画素のうちの２つの画素の方向に延びており、
   前記演算処理部は、誤差拡散法に基づいて多値化処理を行い、前記画素についての値を求め、
   前記四角形領域の２つの辺は、前記四角形領域の互いに対向する２つの頂点のうちの第１頂点から、前記第１頂点に位置する第１画素からの拡散誤差を使用して値を求める後続画素がすべて前記四角形領域に入るように、前記後続画素のうちの２つの画素の方向に延びており、前記四角形領域の残りの２つの辺は、前記２つの頂点のうちの第２頂点から、前記第２頂点に位置する第２画素についての値の演算のために拡散誤差が使用される先行画素がすべて前記四角形領域に入るように、前記先行画素のうちの２つの画素の方向に延びており、
   前記画像が複数のバンドに分割され、前記バンドのそれぞれが分割領域に分割され、各バンドにおける前記分割領域のうちの少なくとも１つは、前記四角形領域と同一の四角形領域であり、
   前記演算処理部は、前記バンドごとに順番に、各バンドにおいて前記分割領域ごとに順番に画素についての値を求め、
   前記バンドにおける最後の分割領域と、そのバンドの次のバンドにおける最初の分割領域とを結合すると、前記四角形領域と同一の形状となり、
   前記演算処理部は、前記最後の分割領域および前記最初の分割領域に対して、前記最後の分割領域から前記最初の分割領域への誤差拡散を遮断しつつ前記四角形領域と同一の演算処理を行い、前記最後の分割領域および前記最初の分割領域における画素についての値を求めること、
   を特徴とする画像処理装置。
2. 少なくとも前記第２頂点から延びる２つの辺上の画素についての多値化時の誤差を保持する記憶装置をさらに備え、
   前記演算処理部は、前記記憶装置に保持されている誤差を使用して、前記四角形領域に隣接する領域における画素についての値を求めること、
   を特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記演算処理部は、ＡＳＩＣで構成され、多値化時の誤差を保持するために、前記四角形領域の幅に比例するサイズのラインメモリを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像処理装置。

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