JPH03503712A - 誤差拡散によるディジタル中間調調色 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 誤差拡散によるディジタル中間調調色 技術的分野 この発明はディジタル画像処理の分野に、更に詳細には誤差拡散を用いて連続色 調画像をディジタル中間調調色するための方法知関係している。

背景技術 ディジタル中間調調色はディジタル画像処理を使用して連続色調入力画像から中 間調出力画像を生成する技術である。ディジタル中間調調色技術においては、連 続色調画像が例えば走査器で標本化され、その標本はディジは画素は典型的には ０から２５５に及ぶ走査グレーレベル値の二進表現からなっている。一つのグレ ーレベル（例えば黒）だけの点（ドツト）を印刷することのできるプリンタにお いてこの画像を再現するためには、出力画像において印刷点を適当に分布させる ことによってグレーレベルの知覚を引き起こすことが必要である。連続色調入力 画像は二進出力画像、すなわち、「１」が点を表わし且つｒＯＪが出力プリンタ によって生成されるべき点の欠如を表している「１」及びｒＯＪの図形、に変換 される。誤差拡散と呼ばれる一つの従来技術のディジタル中間調調色方法は各連 続色調入力画素に対して誤差基準に従って二進出力画素（又は出力画素の図形） を選択することによって出力画像において点を分布させる。

二進出力値を選択した後、連続色調入力値と二進出力値との間の誤差が決定され る。この誤差は次に誤差基準において使用されるべき近隣の画素に伝達される。

近隣の画素に誤差の分布を割り当てるために種種の方法が使用されてきた。これ らの方法の大部分は画素が線（ライン）ごとに処理されるときＫこの画像を通し ての誤差の伝搬の結果として画像において「虫」と呼ばれる目に見えるアーティ ファクトを生成する。これらの方法の大部分は又画像の解像度を低減する。

１９８７年３月３１日ゲールツエル（Ｇｏａｒｔｚｇｌ　）外に発行された米国 特許第４６５４７２１号は各入力画素が出力画素のブロックによって表現される 誤差拡散技術におけるこれらの問題に対する解決策を与えることに向ケラれてい る。ゲールツエル外は、画素の二つの隣り合ったブロック間の誤差の分布を決定 するために乱数発生器を使用して、誤差の確率的端数が一方のブロックに分布さ せられ且つその誤差の残りの部分が他方のものに分布させられるようにすること によって虫の出現を回避している。時にはディザによる誤差拡散と呼ばれる別の 技法においては、誤差基準は虫の出現を減少させるために確率的に変更される。

上述の諸技法は、虫の出現を減少させるけれども、又出力画像におけるランダム 雑音を増大させる。このランダム雑音が人間の観察者に見えろ周波数において発 生する範囲まで、画像はそれによって劣化させられる。

上述の諸問題を回避した改良形誤差拡散ディジタル中間調調色技術を提供するこ とがこの発明の目的である。

発明の要約 この発明の目的は、誤差拡散技術の誤差伝搬段階における人間の視覚系応答関数 を使用することによって、従来技術におけるように数学的絶対誤差の代わりに視 覚的に知覚された誤差が伝搬させられるようにすることによって達成される。視 覚的に知覚可能な誤差だけを伝搬されることによって、通常の誤差拡散技術にお いて発生する虫図形、及び確率的ディザ技術によって発生される可視の雑音が抑 制される。人間の観察者に見えない高周波数二進誤差は無視される。

発明を実施する好適な方法においては、近隣の前に選択された出力画素、及び現 在の画素に対する二進選択のそれぞれは人間視覚系統フィルタによって重み付け され、そして入力画像から減算されたフィルタ通過出力画像の絶対値を使用して 各誤差が計算される。出力値は、出力が「１」であったならば発生される誤差を 出力が「０」であったならば発生される誤差と比較することによって決定される 。最小の可視誤差を発生する出力が選択されて、この可視誤差が伝搬させられる 。

この発明の更なる改良においては、入力画像に−Ｊ６いて縁部を検出し、検出さ れた縁部における誤差の伝搬を一時的に切り捨てる。この発明はその方法をカラ ーディジタル画像の各カラー成分に適用することによってカラー画像の処理が容 易に拡張される。

図面の簡単な説明 図１はこの発明を実施するためのディジタル画−象処理システムの構成図であり 、 図２はこの発明の誤差拡散技術に使用される諸段階を例示した概略的ブロック図 であり、 図３は誤差拡散過程を説明するのに有効な線図であり、図４はこの発明の改良に おける縁部検出の諸段階を図解した概略的ブロック図であり、又 図５はこの発明の方法を実施するための計算機プログラムを図解した流れ図であ る。

発明を実施する方法 この発明の方法は人間の視覚ばげ関数の原因の又は半平面推定値を形成すること 及びこれを循環的な方法で使用して最小の拡散矧覚誤差を持った出力中間調画像 を生成することを含んでいる。視覚的ぼけの推定値がまず説明され、次にこの発 明におけるそれの使用が説明される。

人間視覚系の特徴に関しては多くの研究がある。この発明に適した視覚系の基本 的な％像は二次元視覚はけ関数又はこれのフーリエ同値、超しきい値信号に対す る視覚応答を記述する変調伝達関数ＭＴＦ、である。２０％未満の変調（（対し ては正確であることが多（の研究者によって証明されていることであるが（例え ば「コントラスト不変性：空間周波数チャネルによる人間視覚におけるぼけ除去 」、Ｍ、Ａ、ジョージンン及びＧ、Ｄ、サリバン著、生理学学会誌、第２５２巻 、１９７５年、６２７〜６５６ページ所載（＠Ｃｏｎｔｒａｓｔ　Ｃｏ％５ｔａ ｎｃｙ　：　Ｄｇｂｌｓｒｒｉｎｇｉｎ　Ｈｕｔｎａ％Ｖｉｓｉｏｎ　ｂｙ　５ ｐａｔｉａｌ　Ｆｒａｑｓａｎｃｙ　Ｃｈａ＊ｎｇｌａ’ｂｙ　Ｍ、Ａ、Ｇｔｏ ｒ（Ｈｓｏｎ　ａｎｄ　Ｇ、Ｄ、５ｓｌｌｉｖａｎ、Ｊｏｓｎａｌ　ｏｆＰｈｙ ｓｉｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ、２５２．１９７５．ｐｐ、６２７〜６５６を見よ）、 視覚系が小さい信号変調に対して線形であり、且つ正常な光Ｖペルに対しては事 実であることが示されているようにシフト不変であり又は非適応性であるならば 、ＭＴＦは高輝度、しきい値検出研究の一定のコントラスト感度関数すなわちＣ ８Ｆによってモデル化されることができる。これに対して使用される関数関係は である。ここで、定数Ｇ、ｂ、ｅ、ｄは水平及び垂直しきい値変調データの回帰 適合によってそれぞれ２．２．０．１９２．０．１１４及び１．１であると計算 されることができ、ｆ２は任意の方向におけるサイクル／（度単位の視覚内包角 ）単位のものであり、又Ｃ８Ｆデータの典型的な低周波数減小は関数適合のピー クｆｍａｚの下のすべての周波数に対してＭＴＦを１．０に設定することによっ て除去されている。この関数を二次元に変換するために、水平及び垂直以外の角 度における感度の周知の減小が使用される。これは空間周波数ｆ２を’ｖ−ｆ、 ／ａ（θ）になるよ５に規準化することによってモデル化される。ここで、且つ Ｗは経験的データから０．７になるように選ばれており、この０．７は７０％の ４５度における有効な帯域＠減小を生じる。最後の段階は視覚ぼけ関数で画像周 波数に関して実現され得るように書類において、サイクル／■からサイクル／視 覚度に変換することである。これは幾何学的な光学系変換によって行われる。

ここで、ｄｉｍは■単位の観察距離であり、ｆ７、勾　はによって与えられる離 散的水平及び垂直書類周波数であり、△は書類における標本間隔である。これら の方程式’１２５４ｔｒｒｙｎの観察距離並びＫａ、ｂ、ｅ、ｄ、及びＷに対す る前述の定数で実現することによって、１６標本／■の標本ピッチのための３２ Ｘ３２離散的視覚ＭＴＦが生成され且つ対応する離散的ぼけ関数又は逆ＤＦＴが このＭＴＦから計算された。このはげ関数の中心原因部分（すなわち、左から右 へ且つ上から下へ線（ライン）ごとに処理されている画像の処理済み部分、及び 現在の画素を含んでいる部分）は表ＩＫ未正規化状態で示されており、そしてこ の発明の循環的中間調技法におけるそれの使用が今度は説明される。

表　　１ 人間視覚系ぼけの原因部分 この発明の中：ｊＪ調方法を実施するためのディジタル画像処理システムが図１ に概略的に示されており、このシステムは写真又は情景のような連続色調画像１ ２を標本化し且つディジタル化するための走査器（スキャナ）又は固体イメージ センサのよ５な入力装置１０を備えている。

連続色調ディジタル画像ｙｉ、ｊは計算機１４１Ｃ供給され、ここでこの発明に 従って処理されて、インクジェット形、ドツトマトリクス形、熱形又はＶ−ザー 形電子写真式プリンタのようなプリンタ１６におけるプリントアウトのための二 進画像ｂｉ、ｊを生成する。

ディジタル画像ｖｉ、ｊは、各線（ライ／ンが１画素直を含んでいるＪ＠の配列 において配列された一連のグＶ　−レベル画素直によって表現されることができ る。

図２を参照して、この発明に従って誤差拡散を実施するための方法が今度は説明 される。典型的にはＯから２５５までの範囲における８ビツト整数値として表現 された入力画素値Ｖは画像の左から右へ且つ上から下へ一度に１線ずつ項次処理 される。各入力画素値Ｖに対して、重み付き過去誤差αεが入力画素値に加えら れる（２０鬼和（ｙ＋αε）は出力画像の一対の視覚的にぼけた値Ｃｈ”ｂｏ） 及びＣｈ”ｂ、）　　と比較されて最も近い出力値すが選択される（２２）。視 覚的にぼけた値（ｈｕｂ。）は、前（（選択され且つ記憶された出力値の配列２ ４における現在の画素位置に「０」を挿入し、そして結果として生じる配列を、 人間視覚系の離散的ぼけ関数を表すディジタルばげフィルタ五でフィルタする（ ２６）ことによって生成される。同様に、視覚的にぼけた値（Ａ”６＋）は、配 列における現在の画素位置に「１」乞挿入し、そしてぼけフィルタ五でフィルタ することによって生成される。

選択基準（２２）は として表現される。ここで、Ｖは入力１言号であり、ｂｏ及びす、＋ｓ現在の画 素１〔夕５にろ、０及び１、すなわち「オフ」又は「オン」と組み合わされた過 去の出カニ進値であり、又１１は絶対値である。選択に依存する伝搬誤差εはこ の場合次のとおりである。

誤差重とは連続した入力画素と現在の出力画素位置における「０」又は「１」を 持った出力画像との間の可視誤差の童を表している。ｈ＝δ且つＰ＝２であり、 従って現在の画素においては１且つすべての過去の画素においてはＯであるなら ば、方程式（４）及び（５）は通常の数学的絶対誤差拡散（て変わる。

誤差１１ξは過去４差櫃の配列に記憶される（２８）。過去誤差値は重み付けさ れ且つ加え合わされて、次の画素値ｙに対する拡散誤差値αεを生成する。図３ は誤差が近隣の画素から拡散させられる方法なス膚して（・る。画素位置（ｊ、 ｊ）における視覚誤差εは４分の１により重み付けされて、未来の画素（＜＋１ ．ｊ）、（ｊ−１゜ｊ＋１）、（イ、ｊ＋１）、及び（ｊ＋１．ｊ”）に分布さ せられる。

この特定の分布方式はこの発明の実施に不可欠ではな（、従来技術において知ら れているような他の誤差分布方式も使用されることができる。選択されたビット ｂはプリンタ１６に送られ、そして記憶されたビット２４と共に配置される。

この発明の更なる改善に従って、画像鮮明さにおける改善は入力画像における縁 部乞検出して、検出された縁部における誤差の伝搬を一時的に切り捨てることに よって達成され得る。縁部検出段階５０は図２に示されたようにこの方法に組み 込まれる。図４て示されたように、縁部検出は、例えば、図示されるような係数 重みを持った３×３デイジタルフイルタ５２によって、続いて絶対（ＩＮ段階５ ４及びしきい値検出段階５６によって完成されることができる。５カウントの検 出段階が満足に機能する。縁部が検出されると、信号が重みマトリクス３０に送 られて誤差重みをその画素に対して零に設定する。

両方程式（４）及び（５）において、入力データにおいて縁部が検出されたなら ば、誤差伝搬が切り捨てられて、αεがその画素に対して零に設定される。ぼけ 関数を含むことの効果は誤差拡散の「虫」又は図形を解体することである。この 発明の画像品質優位の確認として、人工のクラスタ式ドツト及び自然の構造から なる４００ドツト／インチの単色画像が、４項アルゴリズムが「虫」の解体を助 けるためにディザしきい１厘マトリクスを含んでいる、８×８デイザ、４項誤差 マトリクス及び１２項誤差マトリクス誤差拡散、並びにこの発明の備環四可視ア ルゴリズム（（より中間調調色された。多数の経験のある観察者による視覚的解 析はこの発明の方法によって生成された画像に対する強い選択を示したが、これ に対する定量的根拠が表Ｈに与えられており、この表には各アルゴリズムに関す る入力画像とぼけた二進画像との間のｒｍｓ誤差が示さｎている。

表　　　■ ＋１８×８クラスタ式ドツトディザ　　　　　２６，５マイクロプロセツサをプ ログラムして中間調過程を行うだめのプログラムが今度は図５の流れ図に関して 説明される。例の符号は付録Ａに含まれている。この符号及び説明は、ディジタ ル入力画像信号又はコントラストレベル信号が線形ラスタにおいて中間ｐ４調色 装置に与えられることを仮定している。走査の開始時に、線数に対する内部計数 器ｊ及び画素数に対するものｉは初期設定され、そして非画像、すなわち（％（ １、ｍ（１）、入力、出力、及び誤差境界’Ｒｍ、ｂｎｍ’及びε％工は零に設 定される（１００．１０４）。画素及び線計数器は１だけ増分される（１０２． １０６）。過去の出カニ進１［輸。

（ｎ　（ｉ％−＜ｊ）は零の現在の二進値と組み合わされ、そして重み付き和知 党（ｉ［Ｐｏ　が計算される。過去の出カニ進値り％ヶ（ｎ＜ｉ、ｎ＜ｉ）は１ の現在の二進値と組み合わされ、そして重み付き和矧覚１１　Ｐ　１　が計算さ れる（１０８，１１０，１１４）。入力恒と知覚値との間の差γ。及びγ、が計 算される。入力画像は現在の画素における信号コントラスト△を決定するために フィルタされ（１１８，１２０）且つ現在の画素が縁部画素であるか否かを決定 するために固定しきい値Ｔと比較される（１２２）。コントラストΔがしきい値 未満であるならば縁部は存在せず且つ過去誤差は重み付けされて加え合わされ（ ｊ２４．１２６．１２８）、そして差γ。及びγ、に加算されて全誤差Ｔ。及び Ｔ、が計算される（１３０）。

コントラストがしきい匝より大きいならば、縁部が存在し、過去誤差が無視され る（１３２）。　全誤差は二乗されて比較される（１３４）。　現在の画素を０ に設定するだめの全二乗誤差が現在の画素ｔ１に設定するための全二乗誤差より 小さいならば、出力はＯに設定され且つ現在の誤差はＴ。に設定される。　そう でなければ出力は１に設定され且つ現在の誤差はＴ、に設定される（１３８）。

出力は記憶装置又は薔込み装置に送られ（１４０）、そして出力及び誤差は記憶 される（１０８．１２４）。線の終わり（１４２）及び画像の終わり（１４４） について検量が行われる。終わりでなければ適当な計数がリセットされ又は増分 され、他の場合には処理は完了して中間調調色は停止する（１４６）。

この発明の非線形拡張が今度は説明される。雑音、鮮明さ及びコントラストに関 しての出カニ進画像の感じはこの発明の方法が実施される信号区域に幾分依存し ている。多ピット入力値を視覚系の反応によりふされしい信号区域に変換する非 線形変換又は探索表の前に置くことによって高又は低入力値のコントラストに優 先権を与えること力；できる。線形走査値に対しては対数変換又はべき法則変換 がスされていないので、色調忠実度が保持されなし・が、そのような信号変換（ 工より快いコントラストを持った画像を生成することができるう この発明はディジタルカラー画像の各色成分にその中間調調色過程を適用するこ とによって容易にカラー画像の中間調調色に拡張される。人間の視覚系の反応は 植種の色成分に対して異なっているので、ぼけ関数は各色成分に対してｆ４ｆｆ ｌＪ注文により作られることができろ。

産業上の適用性及び利点 この発明の中間調調色技法は、連続色調入力画像又＆工計算機発生の図形から二 進出力を発生するシステムに有効である。この発明は、一定信号領域における卸 覚雑音に関して最適であり且つ確率的に変化する係数重みの方法におけるように 標準誤差拡散の周期的図形を発生したり又は白色雑音を導入したりしないと（・ う利点を持っている。この発明は又、実際の乗算を必要としないので、通常の誤 差拡散に比べてかなりの実施上の利点を持っている。誤差伝搬に対する重み付は 係数は、四つの近隣誤差の平均値を表しているので、単にビットシフトであり、 又ぼげ計算は、出カニ進信号について行われるので、特定の出力値がＯであるか 又は１であるかによって支配されろぼけ係数の選択的な和にすぎない。類似の画 像品質を達成するために、従来技術の誤差拡散アルゴリズムはどちらも、大きい 誤差マトリクスを、従って、大きい記憶量及び計算要件又は特別のアルゴリズム 変更、例えば、複雑性を加え且つ視覚的に最適状態でない相関雑音を低減するた めに誤差係数に確率的に摂動を生じさせること、ヲ持だなければならない。

ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、５ｂ 国際調査報告 喝耐−−９１内闘自−１トー酬−−喝ト４ムｅ＋ｎｃｍ４１ＩｍＰＣＴ／Ｉ；５ ９０１００３７２２；　　［ ！　　　１　　　　　　−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（ ｉ 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．グレースケール値としてディジタル化されている画素を持つた連続色調画像 から中間調画像を生成するための改良式誤差拡散方法であつて、各連続色調入力 画素に対して誤差基準に従つて二進出力画素を選択する段階、入力画素値と出力 画素値との間の誤差を決定する段階、この誤差を誤差基準における使用のために 近隣の隣接入力画素に分布させる段階を含んでおり、改良が、近隣の前に選択さ れた出力面素及び人間視覚系フィルタにより重み付げされた現在選択の画素を、 誤差決定段階において使用される出力画素値として使用すること、を含んでいる 前記の改良式誤差拡散方法。
2. ２．前記の誤差基準が ▲数式、化学式、表等があります▼ であつて、ここで１１が絶対値であり、ｂが出力二進値であり、ｙが入力連読色 調値であり、ｈ＊ｂ０が現在の画素位置において「０」を持つた近隣の前に決定 された出力画素値に適用された人間視覚系フィルタの出力であり、ん＊６１が現 在の画素位置において「１」を持つた近隣の前に決定された出力画素値に適用さ れた人間視覚系フィルタの出力であり、且つαεが近隣の隣接した画素からの重 み付き誤差分布である、請求項１に記載の方法。
3. ３．前記の人間視覚系フィルタが、 −５．８−６．６２．８１３．６２．８−６．６−５．８−６．６−１２．１４ ．６３３．２４，６−１２．１−６．６２．８４．６５１．８１１２４．０５１ ．８４．６２．８１３．６３３．２１２４．０２４０．４の重みを持つたディジ タルフィルタである、請求項２に記載の方法。
4. ４．前記の誤差εが（ｙ−ん＊ｂｉ＋αε）であつて、ここでｂｉが選択された 出力画素を表しており、且つこの誤差が▲数式、化学式、表等があります▼ のような方形配列において近隣の画素へ分布させられている、請求項３に記載の 方法。
5. ５．入力画像における縁部を検出する段階及びこのような縁部が検出されたとき に誤差伝搬を一時的に遮断する段階、 を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
6. ６．縁部が、 −１／８−１／８−１／８ −１／８１−１／８ −１／８−１／８−１／８ の形式のディジタルフィルタで検出される、請求項５に記載の方法。
7. ７．中間調調色諸段階の前に入力画像について対数又はべき法則変換のような非 線形変換を行う諸段階を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
8. ８．連続色調カラー画像の各色成分について独立に実施される、請求項１に記載 の方法。
9. ９．人間視覚系フィルタが各色成分に対して特別注文により作られている、請求 項８に記載の方法。