JPH04264883A - 階調画像の二値化方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、階調を有する画像を二
値化する方法に関し、二値化により発生する誤差を周囲
画素へ分配することによって階調再現を行う階調画像の
二値化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】階調を有する画像を二値化して擬似的に
階調を表示する場合には、入力と出力との間に二値化誤
差が生じる。この二値化誤差が大きいと再現画像の階調
性を劣化させる。この再現画像の階調性を改善する方法
としては種々あるが、その一つとしてフロイド（Ｆｌｏ
ｙｄ）　のアルゴリズムとして知られている誤差拡散法
（Ｒ．Ｗ．Ｆｌｏｙｄ　ａｎｄ　Ｌ．Ｓｔｅｉｎｂｅｒ
ｇ，“Ａｎ　Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　
ｆｏｒ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ｇｒａｙｓｃａｌｅ　”，　
Ｐｒｏｃ．ＳＩＤ　Ｖｏｌ．１７／２　’７６参照）　
がある。この誤差拡散法は、二値化誤差を、二値化する
画素の周囲の画素に所定の割合で分配することにより、
画像全体として見たときの階調性を改善するものである
。

【０００３】図６は、誤差拡散法の一例の説明図である
。図において、矢印６−１は二値化処理の方向を示して
いる。各正方形は一つの画素を示し、クロスハッチング
を施した画素６−２は処理中の注目画素であり、ハッチ
ングを施した画素６−３は二値化処理済みの画素である
。その他のハッチングのない画素６−４は未処理の画素
である。注目画素６−２は一定の閾値により二値化、す
なわち、１か０に変換される。そのとき生じた誤差は、
所定の重み係数を乗じられ、注目画素６−２の周囲で且
つ未処理の位置Ａ〜Ｄの画素に分配される。なお、重み
係数は注目画素６−２との位置関係によって異なってお
り、たとえば、位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの画素にはそれぞれ
、７／１６，１／１６，５／１６，３／１６が割り当て
られる。

【０００４】しかしながら、この誤差拡散法による二値
化では、位置Ｋの画素方向へのテクスチャーシフトやヒ
ストリー効果と呼ばれる現象による線状のノイズが発生
する。すなわち、誤差拡散法においては、濃度変化の小
さい部分においては誤差が順次蓄積され、この誤差が周
期的に解消されるため、出力画像上に縞模様が発生する
。誤差拡散法は、このノイズのために、全体的な二値化
の性能としては最もよいものとされていながら、応用さ
れる例が少ない。

【０００５】このテクスチャーの問題を解決するために
、いくつかの提案がなされている。それらは大きく二つ
に分類でき、一つは誤差を分配する範囲を拡大し、その
重み係数を工夫するものである。もうひとつは、配分の
重み係数や二値化の閾値をダイナミックに変動させるも
ので、一様乱数による二値化との組み合わせ（たとえば
、特開昭６３−３５０９１号公報参照）や、画素数のカ
ウント結果から係数を算出するものである。これらの手
法によれば、ノイズの低減はある程度達成できるが、誤
差拡散法のもうひとつの問題点である計算量の多さの点
で全体の計算量を更に増加させることになり、依然問題
が残る。

【０００６】これらの問題を解決するため、本出願人に
より出願された特願平２−３７４７５号明細書に示され
るように、二値化処理の方向を適切な周期で反転するこ
とによりこれらのノイズは効果的に低減できる。しかし
ながら、この方法によると、特定の低い濃度レベルにお
いて、二値化後のドット配置がドット密度に比しても極
端に近接してしまう現象が発生し、濃度むらとなって現
れるという問題が発生する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
を解決するために案出されたものであって、簡単な構成
の回路を使用し、誤差拡散法による二値化にともなって
発生する特有の縞模様状の画像ノイズ及び低濃度域にお
ける濃度むらを、全体としての計算量を抑制しつつ防止
して、高品位な画像を再現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、注目画素において階調画像の入力濃度と閾
値を比較して二値化し、この二値化の際に発生した誤差
を所定の割合で未処理の周囲画素に分配して後続する二
値化の際の前記入力濃度を変更する階調画像の二値化方
法において、二値化処理の方向を少なくとも１ライン以
上の所定の周期で、或いは、ランダムな周期で反転させ
るとともに、前記注目画素の近傍の二値化後のオン画素
の分布状態に応じて前記閾値を変更することを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】本発明は、いわゆる誤差拡散法を使用した階調
画像の二値化方法において、二値化処理の方向を、所定
ライン数毎或いはランダムに反転させている。二値化処
理の方向を適当な周期で反転することにより、固定の周
波数成分が減少するため縞状のノイズは低減される。し
かしこの場合、特定の低濃度レベルにおいて濃度むらが
発生する。そこで、本発明においては、注目画素の近傍
の二値化後のオン画素の分布に着目し、たとえば、オン
画素の数が多いときには、閾値を高くしている。これに
より、オン画素の数が多いときには、次の画素はオンし
にくくなりオン画素の集中を低減でき、これによって濃
度むらが低減される。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例に基づいて
本発明の特徴を具体的に説明する。

【００１１】図１は、本発明の階調画像の二値化方法が
適用されるカラー画像出力装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。画像入力装置１−１からの入力階調画像デ
ータは、色変換補正処理装置１−２において補色変換や
色補正が行われ、処理後のデータは、鮮鋭度補正処理装
置１−３によって必要な鮮鋭度補正が施された後、画像
二値化装置１−４によって誤差拡散法により二値化され
る。二値化後のデータはプリンタ１−５に供給され擬似
階調画像が出力される。

【００１２】図２は図１に示されるカラー画像出力装置
において使用される画像二値化装置１−４の構成例を示
すブロック図である。なお、カラー画像出力装置におい
ては、信号処理系がイエロー，マゼンタ及びシアンの３
チャネル分、或いは、黒を含めた４チャネル分あるが、
図２においては１チャネル分についてのみ説明する。

【００１３】階調画像入力２−１は、少なくとも１ライ
ン分の容量を有する入力バッファ２−２を介して加算器
２−３の一方の入力端子に供給される。加算器２−３の
出力は、閾値設定回路２−４からの閾値出力とともに比
較器２−５に供給され二値化される。比較器２−５の出
力は、出力バッファ２−６を介して二値化出力２−８と
して出力される。出力バッファ２−６の出力はドット分
布バッファ２−１１にも供給され、ドット分布を反映す
る補正係数が保存される。また、比較器２−５からの二
値化誤差は、誤差バッファ２−７に保存され、この誤差
バッファ２−７の出力は、加算器２−９により累計され
、累計後の出力は加算器２−３の他方の入力端子に供給
され入力画像データと加算される。

【００１４】上記入力バッファ２−２、出力バッファ２
−６、誤差バッファ２−７及びドット分布バッファ２−
１１の動作は、画素カウンタ制御装置２−１０により同
期制御されており、常に指定された方向に誤差拡散法に
よる二値化処理が行われる。すなわち、入力バッファ２
−２、出力バッファ２−６及び誤差バッファ２−７には
、それぞれドット単位で制御可能な画素カウンタ　（図
示せず）　が設けられており、画素カウンタ制御装置２
−１０からの指示に基づき、データの読み出し方向，二
値化処理方向等が反転される。

【００１５】図３は、図２に示される画像二値化装置１
−４における誤差拡散処理のアルゴリズムを示す説明図
である。いま、ｎライン目の二値化処理を行う場合を考
える。ｎライン目では、画素カウンタ制御装置２−１０
からの指示に基づき、矢印３−１ａで示す主走査方向に
二値化処理が行われるものとする。なお、図３において
は下向き方向が副走査方向となる。

【００１６】図において、各正方形は一つの画素を示し
、クロスハッチングを施した画素３−２は処理中の注目
画素であり、ハッチングを施した画素３−３は二値化処
理済みの画素である。その他のハッチングのない画素３
−４は未処理の画素である。注目画素３−２の濃度は、
比較器２−５において閾値設定回路２−４からの閾値と
比較され二値化される。このとき生じた誤差は、そのま
ま誤差バッファ２−７に格納される。この誤差は累計さ
れ、該当する画素入力に加算され二値化されて、新たな
誤差として再配分される。二値化誤差を未処理周囲画像
へ分配する際の重み係数は、位置Ｅ，Ｆに存在する隣接
２画素に対してそれぞれ１／２である。この１／２の重
み付けは、以下のようにして行われる。

【００１７】本実施例においては、主走査方向と副走査
方向の誤差の重み係数が双方とも１／２であるので、デ
ータのビットパターンがＬＳＢ（最下位ビット）側に１
ビット分シフトされ、その後累計される。２進データを
１ビット分ＬＳＢ側へ移動することは、データの値を１
／２にすることを意味している。このように重み係数が
１／２Ｎ　（Ｎは自然数）である場合は、単純なカウン
タを使用してデータを１ビットシフトするという簡単な
処理で重み付けの演算を行うことができる。したがって
、特別な重み付け演算用の回路が不要となり、回路構成
が簡単となる。なお、ビットシフトによる重み付け演算
の具体的手段に関しては、たとえば、特開昭５８−２１
５１６９号公報、特開昭６１−２９３０６８号公報等に
開示されている。

【００１８】合計され且つ重み付けされた誤差は、加算
器２−３において入力バッファ２−２からの画像入力に
加算され、加算後の信号が比較器２−５に供給され二値
化処理が行われる。

【００１９】上述の動作が、各画素毎に同じ方向（矢印
３−１ａで示す方向）に２ライン分繰り返される。

【００２０】２ライン分（図３（ａ）においては、ｎ−
１ライン目とｎライン目）の二値化処理が終了すると、
画素カウンタ制御装置２−１０から入力バッファ２−２
，出力バッファ２−６及び誤差バッファ２−７に処理方
向反転信号が供給され、今度は、図３（ｂ）に矢印３−
１ｂで示す方向に処理方向が反転される。すなわち、二
値化誤差は、位置Ｇ，Ｈに存在する隣接２画素に分配さ
れる。この場合も基本的な処理は、図３（ａ）に示した
処理と同じであるが、処理方向が反転するため、入力バ
ッファ２−２，出力バッファ２−６及び誤差バッファ２
−７における画素の処理順序が逆向きとされる。この矢
印３−１ｂで示す方向への二値化処理は各画素毎に２ラ
イン分（図３（ｂ）においては、ｎ＋１ライン目とｎ＋
２ライン目）繰り返される。

【００２１】以後、２ライン毎に処理方向が反転され、
１画面分の二値化処理が行われる。

【００２２】なお、上述の実施例においては、２ライン
毎に処理方向を反転しているが、１ライン毎に処理方向
を反転するようにしてもよい。この場合、結果として得
られる画像の空間周波数が最も高くなるため、一般的に
は視覚的にノイズが知覚されにくくなるが、処理に強い
周期性が発生するため、結果として得られる画像の最小
構成単位のピッチによっては却って目につくノイズが発
生する場合がある。そこで、本実施例では２ライン毎に
処理方向を反転している。

【００２３】更に、本実施例においては、出力バッファ
２−６の出力の一部がドット分布バッファ２−１１に供
給され、このドット分布バッファ２−１１には、二値化
したドットの分布、すなわち、直前の入力画像の二値化
の結果が保存される。そしてこのドット分布の状態に応
じて所定の補正値が出力され、この補正値が閾値設定回
路２−４に入力され閾値が変更される。

【００２４】図４（ａ）〜（ｊ）は、ドット分布と閾値
が変更されるドットとの関係を示す説明図である。なお
、図４では右から左に二値化処理が行われている。注目
画素４−１に対する周囲４画素４−２，４−３，４−４
，４−５のドット分布に着目し、４ドットの内の１個或
いは２個のドットがオン（黒丸で示す）になっている場
合、その分布状態に応じて閾値に予め設定した量の値を
加える。図において斜線が付された丸は、閾値が変更さ
れるドットを示し、縦線が付された丸は、閾値が変更さ
れないドットを示す。これにより、すでにドットが打た
れている場所の周囲ではドットがオンしにくくなり、尚
かつ、誤差拡散によってマクロな濃度は保存されるので
、濃度むらを効果的に低減しつつ階調再現が可能となる
。このように、直前の入力画像の二値化の結果を保存し
ておき、注目画素の二値化に際してある程度周囲のドッ
ト分布を考慮して二値化を行うので、特に比較的低濃度
域で問題となる濃度むらを防止できる。

【００２５】なお、上述の実施例においては、二値化処
理の方向を一定ライン数毎に反転するようにしたが、ラ
ンダムに反転することもできる。

【００２６】図５は二値化処理の方向をランダムに反転
する実施例のブロック図である。なお、図２に示す実施
例と対応する部材等には同一符号を付し重複説明は省略
する。

【００２７】図５に示す実施例においては、乱数発生装
置５−１が設けられており、この乱数発生装置５−１の
出力が画素カウンタ制御装置２−１０に供給され、乱数
の値に応じて、入力バッファ２−２、出力バッファ２−
６、誤差バッファ２−７及びドット分布バッファ２−１
１における画素カウンタのアクセス方向を反転している
。たとえば、０〜１の範囲の乱数の値が０．５以上のと
きは図３（ａ）に矢印３−１ａで示す方向に二値化処理
を行い、乱数の値が０．５未満のときは図３（ｂ）に矢
印３−１ｂで示す方向に二値化処理を行う。

【００２８】このように、二値化処理の方向をランダム
に反転することにより、処理の周期性がなくなり、画像
が固定した空間周波数成分を持つことが少なくなるので
、画像上のノイズを目立たなくすることができる。

【００２９】上述したように、本実施例においては、誤
差拡散法による二値化処理を行う主走査方向の順序を往
復両方向で行えるように構成し、所定の走査線毎に或い
はランダムに処理方向を反転するようにラインバッファ
に対する画素カウンタを制御するようにした。これによ
り、誤差拡散法自体に起因するテクスチャー状画像ノイ
ズの空間周波数を高周波域に分散できるため、ノイズを
目につきにくくすることができ、ノイズ感の少ない高品
位の二値化画像を得ることができる。

【００３０】また、誤差拡散法における閾値に周囲のド
ットの分布状況に応じて既定の値を加算するように制御
したので、特定の低濃度域において発生しやすい濃度む
らを効果的に低減できる。

【００３１】特に、カラー画像出力装置の場合は、単色
での画像ノイズを低減することによって、重ね刷り時の
再現色の濁りやモアレ状ノイズを低減でき、これにより
画像ノイズのないカラー画像を得ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明においては
、階調画像を二値化して擬似的に階調画像を再現するに
際し、注目画素の周囲の画素のドット分布状態に応じて
二値化のための閾値を変更しているので、すでにドット
が打たれている場所の周囲ではドットがオンしにくくな
る。これにより、濃度分布が集中することがなくなり、
特定の低濃度域において発生しやすい濃度むらを効果的
に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の階調画像の二値化方法が適用されるカ
ラー画像出力装置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示されるカラー画像出力装置において使
用される画像二値化装置の構成例を示すブロック図であ
る。

【図３】図２に示される画像二値化装置における誤差拡
散処理のアルゴリズムを示す説明図である。

【図４】ドット分布と閾値が変更されるドットとの関係
を示す説明図である。

【図５】二値化処理の方向をランダムに反転する実施例
のブロック図である。

【図６】誤差拡散法の一例の説明図である。

【符号の説明】

１−１　　画像入力装置 １−２　　色変換補正処理装置 １−３　　鮮鋭度補正処理装置 １−４　　画像二値化装置 １−５　　プリンタ ２−１　　画像入力 ２−２　　入力バッファ ２−３　　加算器 ２−４　　閾値設定回路 ２−５　　比較器 ２−６　　出力バッファ ２−７　　誤差バッファ ２−８　　二値化出力 ２−９　　加算器 ２−１０　　画素カウンタ制御装置 ２−１１　　ドット分布バッファ ３−１ａ，３−１ｂ　　二値化処理方向３−２　　注目
画素 ３−３　　処理済み画素 ３−４　　未処理画素 ４−１　　注目画素 ４−２〜４−５　　周囲画素 ５−１　　乱数発生装置 ６−１　　二値化処理方向 ６−２　　注目画素 ６−３　　処理済み画素 ６−４　　未処理画素

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　注目画素において階調画像の入力濃度
   と閾値を比較して二値化し、この二値化の際に発生した
   誤差を所定の割合で未処理の周囲画素に分配して後続す
   る二値化の際の前記入力濃度を変更する階調画像の二値
   化方法において、二値化処理の方向を少なくとも１ライ
   ン以上の所定の周期で、或いは、ランダムな周期で反転
   させるとともに、前記注目画素の近傍の二値化後のオン
   画素の分布状態に応じて前記閾値を変更することを特徴
   とする階調画像の二値化方法。