JPH0350960A - 画像信号処理装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、階調画像を含む画像情報を数階調程度の濃度
表現できる記録系や表示系に対して多値再生する機能を
備えた画像信号処理装置に関するものである。

従来の技術 近年事務処理の機械化や画像通信の急速な普及に伴って
、従来の白黒２値原稿のほかに、階調画像や印刷画像の
高品質画像再生要望が高まってきている。特に、階調画
像の２値画像による擬似階調再現は、表示装置や記録装
置との適合性がよく多くの提案がなされている。

これらの擬似階調再現の１つの手段として、ディザ法が
最もよく知られている。この方法は、予め定められた一
定面積において、その面積内に再現するドツトの数によ
って階調を再現するもので、ディザマトリクスに用意し
たしきい値と入力画情報を１画素毎に比較しなから２値
化処理を行っている。この方法は、階調特性と分解能特
性がディザマトリックスの大きさに直接依存し、互いに
両立出来ない関係にある。又、印刷画像等に用いた場合
、再現画像におけるモアレ模様の発生はさけかたい。

上記階調特性と高分解能が両立し、且っモアレ模様の発
生抑制効果の大きい方法として、誤差拡散法（文献：〔
アール・フロイド　アンド　エルスティンバーブアン　
アダプティブ　アルゴリズム　フォー　スペシャル　グ
レー　スケール”ニスアイデイ−７５ダイジェスト３６
〜３７頁〕Ｒ，ＦＬＯＹＤ　＆　Ｌ、　５ＴＥＩＮＢＥ
ＲＧ、　”　Ａｎ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ａｌｇｏｒｉｔ
ｈｍ　ｆｏｒ　５ｐａｔｉａｌ　Ｇｒａｙ　５ｃａｌｅ
”、　５ＩＤ７５ＤＩＧＥＳＴ、　ｐｐ３６〜３７）が
提案されている。

第７図は、上記誤差拡散法を実現するための要部ブロッ
ク図である。原画像における注目画素の座標を（Ｘ、　
　Ｙ’）　とするとき、７０１は誤差記憶手段、７０２
は誤差配分係数マトリックスの示す注目画素の周辺の未
処理画素領域、７０３は座標（ｘ。

ｙ）における集積誤差３ＸＹの記憶位置、７０４は座標
（ｘ、　　ｙ）における入力レベルＬｙの入力端子、７
０５は１．、　（＝　１．ｙ＋　ｓ、ｙ）の入力補正手
段、７０６は出力レベル０またはＲの２イ直レベルＰ工
、の出力端子、７０７は一定閾値Ｒ／２を印加する信号
端子、７０８は入力信号ＩＸＦと一定閾値Ｒ／２を比較
してＬｙ≧Ｒ／２の時Ｐ、、＝Ｒを、そのほかの場合は
Ｐ、、＝Ｏを出力する２値化手段、７０９はＥ、、（＝
１、、−Ｐ、、）の注目画素に対する２値化誤差を求め
る差分演算手段である。

さて、注目画素に対する集積誤差Ｓｓ　ｙは第（１）、
（２）式で表される。

５ＩＩｙ：Σコに＋ビ　Ｅｘ−ｊ＋２．　７−１　＋ｌ
　　　　　　　　　　　　＋＋＋＋°゛（１）（但し、
ｉ、ｊは誤差配分係数マトリックス内の座標を示す。） この誤差配分係数Ｋｎは誤差Ｅｘｙの注目画素の周辺画
素への配分の重み付けをするもので前記文献では （但し、＊は注目画素の位置） を例示している。

第７図の構成では、上記の演算は注目画素に対する２値
化誤差ＥＸ　Ｆに、未処理の周辺未処理画素領域７０２
内の各画素Ａ−Ｄに対応する配分係数を乗算し、誤差記
憶手段７０１内の値に加算し再び該当位置へ記憶させる
誤差配分演算手段７１０によって実現している。ただし
、誤差記憶手段７０１の画素位置Ｂの集積誤差は予めＯ
にリアされている。

更に本方式を数階調誤差の記録系や表示系に対して適応
するときは複数の固定閾値で複数レベルを出力する多値
化誤差拡散法（例えば、特願昭６２２３５１２１号）が
とられる。

発明が解決しようとする課題 さて、上記誤差拡散法は既に述べたように組織的ディザ
法に比較して、階調特性や分解能の点で優れており、ま
た印刷物画像の再生時においてもモアレ模様の抑制効果
が大きい等の特徴を有する。

しかしながら誤差領域の構造や重み付は係数によって独
特の縞模様やテクスチャが発生する。特にハイライト領
域やダーク領域での誤差のヒステリシスによる独特なド
ツト模様は、視覚的に異和感をもたせ、画像品質を低下
させる要因になっている。また誤差領域の構造を太き（
取って誤差を出来るだけ平均的に小さくし、滑らかな階
調特性を得ようとすると分解能が悪くなる。この様な構
造は、演算も多（画素の処理速度も遅（なると言う問題
点を有している。

本発明は、上記誤差拡散法の問題点を注目画素位置の集
積誤差とその周辺の誤差を加算することによって小さな
誤差領域で実質大きな領域の役割をする誤差領域とする
ことで階調特性を改善させ、そして新たな誤差を注目画
素と積算誤差から演算し等濃度関係を満足させる。

更に、数階調程度の記録又は表示系については多値化誤
差拡散法の固定閾値レベルをｎ×ｎと前記固定閾値を中
心レベルとした他のディザ閾値をｎ×ｎとを組み合せ配
列したＮ×Ｎの複数のディザマトリックス閾値とするこ
とによって、ディザ成分の周期性と誤差拡散法のランダ
ム性を融合させ、ハイライト及びダーク領域のテクスチ
ャを改善し、しかも網点画像再生時のモアレ模様の発生
も比較的抑制できて高品位な再生画像が得られる画像信
号処理装置を提供するものである。

課題を解決するだめの手段 本発明は画素単位でサンプリングした多階調の画信号レ
ベルを多値化する際に、 注目画素の多値化誤差をその周辺の画素位置に対応させ
て記憶する誤差記憶手段と、 前記誤差記憶手段内の注目画素位置に対応した集積誤差
とその周辺の誤差とを加算し誤差補正レベルを出力する
補正誤差演算手段と、 前記誤差補正レベルと注目画素の入力レベルとを加算し
第１の入力補正レベルを出力する第１の入力補正手段と
、 前記第１の入力補正レベルと複数のディザマトリックス
のしきい値レベルとを比較し、注目画素の多値化レベル
を決定する多値化手段と、前記注目画素の入力レベルと
前記集積誤差とを加算し第２の補正レベルを出力する第
２の入力補正手段と、 前記第２の入力補正レベルと多値化レベルとの差分によ
り多値化誤差を求める差分演算手段と、前記差分演算手
段からの多値化誤差配分係数から注目画素周辺の未処理
画素に対応する誤差配分値を算出し、前記誤差配分値を
前記誤差記憶手段内の対応する画素位置の集積誤差とを
加算し再び記憶させる誤差配分更新手段とを具備する画
像信号処理装置であって、特に補正誤差演算手段は注目
画素に対応した集積誤差とその周辺の誤差の総和のそれ
ぞれに係数１／２　または１−１／２　　（ｎは正の整
数）を乗算して加算演算し誤差補正レベルを求め、また
複数のディザマトリックスは多値化誤差拡散法の固定閾
値レベルをｎ×ｎと、この固定閾値レベルを中心閾値レ
ベルとして他のディザ閾値をｎ×ｎ配列したＮ×Ｎのデ
ィザマトリックスより構成することにより、上記目的を
達成するものである。

作用 本発明は上記構成により、注目画素に注目画素位置に対
応する集積誤差とその周辺の集積誤差をも考慮した入力
補正レベルを複数のディザマ）　ＩＪノクスのしきい値
で多値化し、新たな多値化誤差を注目画素と集積誤差と
の和と多値化出力との差分で求め階調特性を改善し、デ
ィザマトリックス閾値な誤差拡散法閾値レベルとディザ
の閾値レベルとの組み合せ配列によって、高品位な再生
画像を可能とし、誤差配分係数を１／２　とすることに
よって高速処理をも可能としたものである。

また、前記補正誤差演算手段によって演算係数を適当に
選択することによって画質を制御できるようにしたもの
である。

実施例 第１図は本発明の１実施例における画像信号処理装置の
要部ブロック構成を示したものである。

第１図において、原画像における注目画素の座標を（Ｘ
、　　’Ｊ’）とするとき、１は誤差記憶手段、２は誤
差配分係数マトリックスの示す注目画素の周辺の未処理
画素領域、３は座標（Ｘ、　　ｙ）における集積誤差Ｓ
ｘｙの記憶位置、４は座標（ｘ、　　ｙ）における入力
レベルＩＸＦの入力端子、５は入力レベルＩｘｙと補正
誤差演算手段１２からの出力である補正誤差レベルｅｘ
、を入力して第１の入力補正レベルＩ、□を出力する第
１の入力補正手段、６は多値化信号ｐ、ｘ、の出力端子
、７は第１の入力補正しベルを複数のしきい値で比較し
て多値信号Ｐ、（Ｘ。

ｙ）として出力すると同時に多値出力信号に対応する多
値化レベルを選択し差分演算手段８へ出力する多値化手
段、１０１は原画の入力レベルＬｙと集積誤差Ｓｘ　ｙ
を入力して第２の入力補正レベルを出力する第２の入力
補正手段、８は前記第２の入力補正レベルと多値化レベ
ルとの差分である多値化誤差Ｅｎｃ−ｙ）を出力する差
分演算手段、１０は注目画素の周辺の未処理画素に対応
する誤差配分係数と多値化誤差を演算した結果と周辺画
素領域２の此れ迄の集積誤差を加算し新たな集積誤差を
再び誤差記憶手段１内の画素位置Ａ−Ｄに記憶させる誤
差配分更新手段、１１は注目画素位置３に対応する集積
誤差Ｓｓ　ｙと周辺未処理画素領域内の集積誤差とを入
力し誤差補正レベルｅ８．を出力する補正誤差演算手段
である。

以下、上記構成の動作について４値化出力を例にとって
詳細に述べる。

第１の入力補正手段５によって出力される第１の入力補
正レベルは補正誤差演算手段１２によって注目画素位置
に対応する集積誤差Ｓｓ　ｙに係数に、を乗算した結果
と、更に注目画素位置３の周辺画素領域のＡ、　　Ｂ、
　　Ｃ，Ｄに対応するそれぞれの集積誤差ＳＡ、　　Ｓ
−、Ｓｃ、　　ＳＤをそれぞれ加算しその結果に係数Ｋ
ｂを乗算した結果とを加算して誤差補正レベルｅ８．を
出力する。前記誤差補正レベルｅヨ、を入力レベルＬｙ
と第１の入力補正手段５によって加算し第１の入力補正
レベルを出力する。

次に、多値化手段と差分演算手段について第２図にて説
明する。第１の入力補正手段５からの出力である第１の
入力補正レベル■、８．をそれぞれ比較器２０１．２０
２．２０３に入力し、予め設定されたディザマトリック
ス２０５のしきい値Ｔ１、ディザマトリックス２０６の
閾値Ｔｔ、ディザマトリックス２０７の閾値Ｔ、と比較
して多値化信号Ａ、　　Ｂ、　　Ｃを出力する。

多値化信号Ａ、　　Ｂ、　　Ｃは第１の入力補正レベル
がしきい値Ｔ、より小さいときそれぞれＡ＝Ｂ＝Ｃ＝“
０”、しきい値ＴＩと等しいか又はＴ！より小さい時は
Ａ＝”１”、Ｂ＝Ｃ＝”０”、しきい値Ｔ２と等しいか
又はＴ、より小さい時はＡ＝Ｂ＝１１１１１、Ｃ＝“０
”、しきい値Ｔｓより大きいときそれぞれＡ＝Ｂ＝Ｃ−
“１″を出力する。

前記多値化出力信号は第２図（ｂ）に示す４値の振幅変
調信号かパルス幅変調信号を変調器２０５で変調し記録
系２０６に入力する。さて、セレクタ２０４は前記多値
化信号を入力し予め設定された多値化出力レベルＲ４を
前記多値化信号によって選択し出力する。例えば、多値
化出力信号Ａ、　　Ｂ、　　Ｃがすべて０″のとき多値
化出力レベルＲ，＝　０を、”１’　　”０”　　”Ｏ
”のときＲ，＝８５、′ｌｎｔ′１１＃　　′０＃のと
きＲ＊　＝　１７０、”１””１”′１＃のときＲ，＝
　２５５を出力する。

差分演算手段８は第２の入力補正手段１０１によって注
目画素３に対応する位置の集積誤差ＳＩＦと入カレベル
■工、とを加算して得られた第２の入力補正レベルから
前記多値化出力レベルＲ０を差分し多値化誤差Ｅゎ（ｘ
ｙ）＝Ｉｔ、、−Ｒ，を出力する。

此処で得られた多値化誤差は更に誤差配分更新手段１１
によって周辺未処理画素領域２の各位置に対応する記憶
装置に記憶されているそれまでの画素処理過程における
集積誤差Ｓ＾Ｚ　　Ｓｃｌ、ＳＤ′を読みだし新たな集
積誤差ｓＡ、　Ｓａ、　Ｓｃ、　Ｓｏを演算する。そし
て新たな集積誤差を誤差記憶手段１内の画素位置Ａ−Ｄ
に対応する記憶装置に記憶させる更新処理をする。

以上の一画素処理の過程を、第１の入力補正レベルを１
□、２、第２の入力補正レベルＩ、８２、画信号の多値
レベルをＲ，とじて式で表すと、Ｉ　ｘｘｙ＝Ｌｙ　＋
　ｅｔｙ ＩＸＦ±Ｋｍ　・Ｓａｙ　＋　Ｋｂ　（ＳＡ　＋ＳＣ＋
−５Ｄ）−ｒ３）（但し、Ｏ＜Ｋ、＜１．Ｏ＜Ｋｂ＜１
）■工、、≧Ｔ０・・・・・・・・・Ｐ、、−Ｒｎ１１
８ｙ＜Ｔｎ・・・・・・・・・Ｐ８．＝Ｒ７−１ｔ　Ｓ
ｏ　＝　ＳＤ’　＋　ＫＤ　Ｅ、Ｆ　　　　　　　　　
　”・−（６）となる。

次に、入力補正レベル■８．ｙ、多値化誤差Ｅ、アにつ
いて詳細に述べる。

今、周辺画素領域の各位置に対応する誤差配分係数ＫＡ
−Ｋ、を１、係数に−＝　Ｋｂ　＝　１とすると、入力
レベルＬｙに補正される補正誤差レベルｅｘｙは、第３
図に示すようにこれまでの過程の誤差の集積がそれぞれ と表すことができるので、 ｅｍｙ　＝　ＳＢ＋　（Ｓ’Ａ　＋　Ｓ’Ｃ＋　Ｓ’Ｄ
　）＝　１／４　（Ｅ−Ｉ　Ｆ−１＋　２Ｅ−ｙ−１＋
　２　Ｅ−＋ｘ　ｙ−ｓ＋３Ｅ、−ＩＰ＋Ｅ−匂、−＋
Ｅ−＊　ｙ　）・・・・・・（７） となる。従って注目画素と集積誤差との相関において第
４図に示すような注目画素の周辺領域、即ち誤差フィル
タ構造を形成する。このような相関にもとづいて形成さ
れた誤差フィルタによって入力補正レベルＩＸ７を補正
することは、注目画素を含む周辺の誤差成分を平均的に
補正することを意味しておりきめの細かい再生画像を得
ることができる。

次に、本発明の特徴の一つである新たな多値化誤差は、
入力レベルＬｙに集積誤差ＳＸＦを加算して得られた第
２の入力補正レベルＩｈ、から前述した入力補正レベル
■１８．の２値化した結果を減算して求める。この理由
は、本発明における入力レベルＬｙに補正される誤差レ
ベルｅ！、は注目画素とその周辺の誤差との相関から生
成された誤差成分の一部を重畳したものであり濃度保存
系を満足するものではない。従って濃度保存系を維持す
るだめの新たな誤差Ｅｘ　ｙは注目画素と誤差配分係数
の総和が１になるような系での集積誤差、即ち、Ｓ、ア
”　Ｚ　Ｋｕ−Ｅｘ−４＋　ｔアーけ、と入力レベルＩ
　ｘｙとの加算値より求める。

次に誤差補正レベルｅ８．を求める場合に、集積誤差Ｓ
１ｙに乗算される係数に１と周辺画素領域の集積誤差ｓ
Ａ、　Ｓａ、　ｓＤの総和に乗算される係数に、を説明
の便宜上に、−Ｋｔ、＝１としたが、Ｋ、、に、をそれ
ぞれ０＜Ｋ、＜１．０＜Ｋｂ　＜１の範囲で小さくする
とディザ成分の強調された出力画像が得られる。

これらの係数は１／２（ｎは整数）または１−１／２　
にすることにより論理演算が容易で高速処理が可能とな
る。

次に、本実施例におけるディザマトリクス閾値について
詳述する。

第５図（ａｌは本実施例に応用した９０°ディザパター
ン、同図（ｂｌは４５°ディザパターン、同図（Ｃ１は
同図（ａ）を展開したときのパターン、そして同図（ｄ
ｉ〜（ｆｌは同図（ａｔの基本形の４値ディザパタ一ン
例である。又、同図（ｇｌは通常よ（使用される渦巻き
型のディザパターンである。

さて、ディザパターンの閾値の組み合せと配置によるド
ツトパターンについて述べる。同図（ｇｌのパターンを
本装置のディザマトリクス閾値として適応すると、ドツ
トパターンはディザ成分の強調された画像となり、また
小さなマトリクスサイズの為ディザで表現される階調レ
ベルは低（、そのレベルの間を誤差で補正するため画品
質が悪い。

このようなパターンはディザ成分が極めて強いため、網
点画像再生時にはモアレ模様の発生が顕著に現れる。デ
ィザマトリックスを大きくすると分解能は劣化する。同
図ｆａ）はこれらの問題点を解決するものである。

第５図（ａｌの斜線部分を誤差拡散法で処理する固定閾
値で配列し、その閾値が４×４マトリツクスの中心閾値
となるように１〜８までの閾値レベルを決定し配列する
。このような配列とすることにより同図（ｃｌの展開図
に示すように２×２のディザと２Ｘ２の誤差拡散法の閾
値の周期的なパターン構造となる。従って、誤差拡散法
の閾値領域はランダム性のドツトパターン構造となり、
この誤差拡散法の領域で発生する伝搬誤差は周期性の強
いディザパターンで吸収される為、誤差拡散法独特の縞
模様のパターンは発生しに（くなる。再生画像は周期的
なドツトとランダムなドツトの融合した画像となる。こ
のようなドツトパターンは網点画像再生時のモアレパタ
ーを抑制する効果がある。

同図（山の４値化方式の場合のり、、Ｄ、、Ｄ、の閾値
レベルは、多値化誤差拡散法の固定閾値レベルで設定さ
れる。即ち、出力レベルをＲ・＝Ｏ，Ｒ，＝８５、Ｒ鵞
＝１７０、Ｒ，＝　２５５とすると、Ｄ、＝（０＋８５
）／２＝４３、Ｄ鵞＝　（８５＋　１７０　）／２　＝
　１２８．１．ｓ＝　（１７０＋　２５５　）／２　＝
　２１３となる。これらの閾値レベルをそのマトリラス
の中心閾値として閾値配分する第６図は第５図の配分順
位に従って閾値配列した実際の４値ディザパターンであ
る。

発明の効果 以上のように本発明では、注目画素に注目画素位置に対
応する集積誤差の一部とその周辺の集積誤差の総和の一
部とを加算して補正した入力補正レベルを複数のディザ
マトリックスしきい値と比較して多値化し、新たな多値
化誤差を注目画素と注目画素位置の集積誤差とを加算し
た補正レベルより前記の多値化信号に対応した多値化レ
ベルを減算することにより求め、更に複数のディザマト
リックス閾値に多値化誤差拡散法の閾値レベルを中心と
した他のディザ閾値と組合せ配列することにより、ハイ
ライト及びダーク領域でのテクチャを改善し、網点画像
再生時のモアレ模様を抑制できる。そして滑らかな階調
特性の再生画像が得られることを可能とした。また補正
誤差レベルｅ、。

の係数に、　　Ｋｂを適当に選択することにより画質の
制御が可能であり、係数を１／２　　又は１１／２ｎに
することにより高速演算が可能である。

誤差配分係数（重み付は係数）を−律に等しくしても従
来の誤差拡散のようなテクスチャや独特の縞模様も発生
せず緻密で滑らかな面も分解能の高い２値再生画像を得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における画像信号処理装置の
ブロック結線図、第２図（ａ）、　（ｂｌは同装置の要
部における多値化手段のブロック結線図、第３図は同補
正誤差演算手段によって形成される周辺誤差領域の概念
図、第４図は同装置における注目画素と集積誤差との相
関において誤差フィルタ構造を示す概念図、第５図は同
装置におけるディザパターンを示す図、第６図は実際に
閾値配列した４値ディザパターンを示す図、第７図は従
来の誤差拡散法を実現する装置のブロック結線図である
。 １・・・誤差記憶手段、２・・・周辺画素領域、３・・
・注目画素位置、４・・・入力端子、５・・・第１の入
力補正手段、６・・・多値化信号出力端子、７・・・多
値化手段８・・・差分演算手段、１０１・・・第２の入
力補正手段、１１・・・誤差配分更新手段、１２・・・
補正誤差演算手段、２０１、　２０２．　２０３・・・
比較器、２０４・・・セレクタ、２０５・・・変調器、
２０６・・・記録系。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）画素単位でサンプリングした多階調の画信号レベ
   ルを多値化する際に、注目画素の多値化誤差をその周辺
   の画素位置に対応させて記憶する誤差記憶手段と、前記
   誤差記憶手段内の注目画素位置に対応した集積誤差とそ
   の周辺の誤差とを加算演算し、誤差補正レベルを出力す
   る補正誤差演算手段と、前記誤差補正レベルと前記注目
   画素の入力レベルとを加算し第１の入力補正レベルを出
   力する第１の入力補正手段と、前記第１の入力補正レベ
   ルを入力して複数のディザマトリックスのしきい値レベ
   ルとを比較し多値化データを出力すると共に、多値化デ
   ータに対応する多値化レベルを選択出力する多値化手段
   と、前記注目画素の入力レベルと前記集積誤差とを加算
   し第２の補正レベルを出力する第２の入力補正手段と、
   前記第２の入力補正レベルと多値化レベルとの差分であ
   る多値化誤差を求める差分演算手段と、前記差分演算手
   段からの多値化誤差と誤差配分係数から注目画素周辺の
   未処理画素に対応する誤差配分値を算出し、前記誤差配
   分値を前記誤差記憶手段内の対応する画素位置の集積誤
   差とを加算し再び記憶させる誤差配分更新手段とを具備
   した画像信号処理装置。
2. （２）補正誤差演算手段は、注目画素に対応した集積誤
   差とその周辺の誤差の総和にそれぞれ係数１／２＾ｎ又
   は１−（１／２＾ｎ）（ｎは正の整数）を乗算して加算
   演算し、誤差補正レベルを求める請求項１記載の画像信
   号処理装置。
3. （３）ディザマトリックスの閾値は多値化誤差拡散法の
   固定閾値レベルをｎ×ｎと、前記多値化誤差拡散法の固
   定閾値レベルを中心閾値レベルとして他のディザ閾値を
   ｎ×ｎ配列したＮ×Ｎのディザマトリックスである請求
   項１記載の画像信号処理装置。