JPH0757081A - 強制重みつけマトリクスを用いた画像データの誤差拡散ハーフトーン化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハーフトーン化装置における処理速度と出力画像品
質とを向上させる 【構成】 テ゛ィシ゛タルハーフトーン化装置における出力画像品質
を改善し、処理時間を短縮させる方法である。ソース画像
の各走査線の処理方向が、従来のラスタ走査シーケンスではなく
フ゛ルーノイス゛関数を用いて選択されて、方向性および始動に
起因する異常が低減される。出力画像中の見苦しいハ゜ター
ンやその他の異常を最小限にするために、ソース画像の画素
のク゛レー値が強制マトリクスを用いて調整される。フ゛ルーノイス゛を
用いて誤差拡散しきい値を変調し、始動遅延が低減され
るように平均しきい値を低くする。最終的に、誤差拡散
処理における誤差項が新規の3つの重みを有するフィルタを
用いて拡散される。そのフィルタは、変調された誤差拡散し
きい値と組み合わせて用いることにより、出力画像品質
を犠牲にすることなく誤差拡散処理時間を大幅に短縮す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタルハーフトー
ン化分野に関し、特に、ディジタルハーフトーン化装置
における処理速度と出力画像品質とを向上させる方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル画像データは、様々なグレー
レベル容量を有するコンピュータ表示端末や、レーザー
プリンタ、ドットマトリクスプリンタ、インクジェット
プリンタその他の、様々な解像度および縦横比を有する
機器が、そのディジタル画像データによって表される画
像を同様の態様で表現するように、変換または事前処理
されなければならない。かかる装置の各々に付随するま
たはそれら装置のために構成されたプリプロセッサが、
ディジタルデータをその特定の装置の特性に合った形式
に変換する。

【０００３】ディジタルハーフトーン化は、かかるプリ
プロセッサの重要な構成要素である。この用語は、イン
クジェットプリンタの場合のインク滴等の２値の画像要
素を慎重に配列することによって連続階調画像に見える
もの画像を形成するあらゆる処理を称したものである。
この処理は、空間的ディザリングとも呼ばれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】周知のハーフトーン化
技術における問題の１つとして、縁部や境界の付近での
過渡的な挙動が挙げられる。これは、「始動遅延」とも
呼ばれ、処理すべき画像の最初の部分のグレー値が非常
に低い場合に顕著となる。初期の画素の幾つかは、誤差
拡散しきい値より低いグレー値を有するので、或る一定
時間の間、ドットは発射(fire)されない。最初のドット
は、累積誤差がしきい値を越えた後に発射される。始動
遅延の過渡現象を最小限にしまたは排除するハーフトー
ン化技術が必要とされている。

【０００５】周知のハーフトーン化技術に共通する他の
問題点としては、処理のラスタ順に起因する方向性ヒス
テリシスが挙げられる。これは、非常に明かるいパター
ンと非常に暗いパターンとで特に顕著となる。通常の
（単方向の）ラスタ処理順もまた、始動遅延による異常
を悪化させる。全二次元バッファを用いることなく通常
のラスタの方向性を分解するために「蛇行した」または
ジグザグのラスタが提案されている。近傍(neiborhood)
動作は一般に、全ラインの画像データをバッファリング
するので、蛇行ラスタ処理は、通常のラスタに対するメ
モリの増大を必要としない。それにもかかわらず、蛇行
ラスタ順自体が、表現された画像中に目に見えるパター
ンまたは異常を導入する可能性がある。これは、他の場
合には表現された画像中に現れないものである。従っ
て、従来のラスタ順による処理に起因する異常を低減す
るか排除することが必要とされている。

【０００６】周知の誤差拡散技法は、計算量が膨大であ
り、従って時間を浪費するものである。例えば、比較的
簡単なFloydとSteinbergの技法でさえ、各画素毎に、フ
ィルタに従って重みづけされた４つの別個の誤差項を計
算し、それら誤差項を４つの対応する近傍の画素に加え
なければならない。他の誤差拡散フィルタは一層多くの
項の処理を必要とし、例えばStuckiフィルタは12の誤差
項の処理を必要とする。従って、最小限の処理時間で高
品質の出力画像を生成するような誤差拡散が必要とされ
ている。

【０００７】周知のハーフトーン化法におけるもう１つ
の問題は、表現された画像中の或る領域であって、その
ソース画像が一定またはほぼ一定のグレー値を有する領
域に、見苦しいパターン、クラスタまたは「バグ」が現
われることである。このようなパターンの中には目立た
ないものもあり、どのような場合にも主観的判断要素が
入るが、やはり、ハーフトーン装置における出力画像品
質の向上が要求されている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の技術背景に鑑み、
本発明の目的は、出力画像中の始動遅延過渡現象を最小
限にしまたは排除するようにソース画像をハーフトーン
化することである。

【０００９】本発明のもう１つの目的は、従来のディジ
タル画像のラスタ順ハーフトーン化によって生じる異常
を低減又は排除することである。

【００１０】本発明の別の目的は、見苦しいパターンま
たは異常を低減または排除することにより、ハーフトー
ン化された出力画像の品質を向上させることである。

【００１１】本発明の更に別の目的は、出力画像品質を
妥協することなく誤差拡散処理時間を短縮することであ
る。

【００１２】本発明の一態様は、ディジタル画像をハー
フトーン化する方法である。ディジタルソースファイル
または入力画像は、画素からなる走査線により構成され
る矩形アレイから形成され、その各画素がグレー値を有
している。この方法は、各走査線毎に処理方向を選択し
て、その処理方向がブルーノイズ関数に従って各走査線
毎に次々と変わるようにする、というステップを含むも
のである。これにより、方向性によるアーチファクトお
よび始動遅延によるアーチファクトが出力画像から低減
される、という利点が得られる。好適には、走査線処理
方向を選択するためのブルーノイズ関数は、ほぼ、３つ
の走査線につきほぼ１回の方向変化という最小周波数を
有するものとなる。

【００１３】本発明の別の態様は、ハーフトーン化出力
画像の品質を向上させるために誤差拡散に先立って画素
データを調整する強制マトリクス法である。この調整
は、局所（ポイント）を基礎として各画素毎に行われ
る。この調整を行うために、画像中の画素の考え得る各
グレー値毎に強制マトリクスが設計される。強制マトリ
クスの各々は、例えば矩形アレイ等の所定のセルパター
ンからなり、その各セルは、所定のグレー値の対のうち
の１つを有する。従って、各マトリクスをビットマップ
で表し、そのビットマップ中の１および０と置き換える
べき実際の値を示す各マトリクス毎の項目を有するルッ
クアップテーブルを提供することが有用である。強制マ
トリクスは、寸法、縦横比、および「順序」に関し、各
マトリクスが互いに独立しているという点で、完全に無
制限なものである。

【００１４】各々の強制マトリクスは、対応する画素の
グレー値にほぼ等しい平均グレー値を有するように構成
される。この方法によれば、各画素は、第１に、画像デ
ータを読み出して画素のグレー値を判定し、第２に、そ
の画素のグレー値に対応する強制マトリクスを選択し、
第３に、選択された強制マトリクスを用いてソース画像
を論理的にタイリング(tiling)して、現在の画素位置に
対応するマトリクス中の位置を判定し、最後に、その画
像画素のグレー値を、選択された強制マトリクス中の対
応位置により規定される対応する新しいグレー値に調整
することによって、処理される。次いで、その調整され
た画素のハーフトーン化、すなわち量子化および誤差拡
散化が行われる。

【００１５】本発明の別の態様は、誤差拡散しきい値を
変調することである。この変調されたしきい値は、ブル
ーノイズ関数に従って画素毎に変わる。また、始動遅延
を短縮するには、約50％を下回る平均しきい値を選択す
ることが有用であることが分かった。インクジェット印
刷装置の好適実施例では、その誤差拡散しきい値は、約
7〜20％の範囲内で変動し、その平均は約14％である。
ブルーノイズ関数は、しきい値が３つ連続でその平均値
を上回ったり下回ったりしないような最少周波数を有し
ている。

【００１６】本発明の更に別の態様は、変調されたしき
い値により、出力画像品質を妥協することなく、３重み
(three-weight)誤差拡散フィルタのみを用いた誤差拡散
を可能にすることである。これにより、４重み(four-we
ight)フィルタに比べて誤差拡散処理時間が25％近く低
減されるという利点がある。

【００１７】本発明の上述その他の目的、特徴および利
点は、図面を参照して行う以下の実施例についての詳細
な説明から一層容易に明確となろう。

【００１８】

【実施例】序論 ディザリングは、一般には、２つの広範な種類のうちの
１つ、すなわち、離散的（ポイントとも呼ばれる）処理
と近傍処理との何れかに含まれる。ポイント処理は、現
在の入力画素のみに依存して出力が決まる処理である。
近傍の画素は無視される。

【００１９】整列ディザーアルゴリズムは、元の連続階
調画像（ソースデータ）からの画素を所定のしきい値ア
レイからのしきい値と比較することにより、２値ハーフ
トーン画像を生成する。そのしきい値は、「ランダム」
ではなく「整列された」ものである。すなわち、各々の
グレーレベルまたは階調ｘについて、それに対応するア
レイは、ｘ−１のアレイに別の１ドットを加えたものに
等しい。整列ディザーはポイント動作である。所与の出
力装置について適当なしきい値アレイが決定されれば、
ディザリングの実施態様は周知のとおりである。

【００２０】整列ディザリング技法は、生成されるドッ
トの性質により、分散型かクラスタ型に更に分類され
る。一般には、ドット分散型の整列ディザーが好適であ
るが、孤立した画素を適切に表示することのできない２
値表示装置にはドットクラスタ型のディザーを用いなけ
ればならない。通常用いられる商用的な印刷プロセスで
は、ドットクラスタ型のハーフトーンが用いられてい
る。ハーフトーン化技法に関する好適な参考文献とし
て、R.Ulichneyの「Digital Halftoning」（The MITPre
ss, 1987）が挙げられる。

【００２１】整列ディザリング等のポイント処理は、簡
素で計算が高速であるという利点を有する。しかし、結
果的に得られる画像の品質は、同じソースデータから生
成され誤差拡散等の近傍ディザリングプロセスを用いて
処理された画像に比べて劣化したものとなる。

【００２２】誤差拡散は、各画素を１度に１つずつ所定
のしきいグレー値と比較することを必要とする。或る１
ドットは、それに対応するソースデータのグレー値がし
きい値を越えた場合に所与の画素位置で「発射」され、
そのしきい値を越えない場合には「発射されない」。こ
の処理は、量子化と呼ばれる。ソースデータのグレー値
と量子化された値（これは当然０または１である）との
差（量子化誤差と呼ばれる）は、その誤差を近傍のいく
つかの画素に広げることにより「拡散」される。これ
は、例えば現在典型的なFloydおよびSteinbergの誤差拡
散フィルタによって行うことができる。そのフィルタで
は、誤差は４つの近傍画素に拡散されるが、その拡散は
均一ではない。R.FloydおよびL.Steinbergによる「Adap
tive algolithm for spatial grey scale」（SID Int'
l. Sym. Digest of Tech. pp.36-37(1975)）を参照され
たい。

【００２３】ラスタ順処理 従来、ディジタル画像データは、図１に示すようにラス
タ順に処理されている。同図において、各々の水平ライ
ン、例えばライン10,12,14は、画素データ行を表してい
る。通常のラスタ順では、それらのラインは、上から下
に、すなわち、ライン10から処理される。また、各々の
ラインは、矢印で示すように左から右に処理される。従
って、ライン10が最初に左から右に処理され、ライン10
の右端の後に処理すべき次の画素は、ライン12の左端の
画素となり、以下同様である。この順序を点線16他の点
線で示す。上述のように、通常のラスタ処理順は、始動
遅延による異常の原因となるものである。

【００２４】従来の順序に起因して生じるパターンを分
解するために、蛇行またはジグザグ処理順が提案され
た。ジグザグ処理順を図２に示す。この場合も、ライン
20,22,24等の各水平ラインは画素データ行を表すもので
ある。この場合の処理は、行20では左から右に進み、次
いで行22では右から左に進み、次いで行24では左から右
に進み、以下同様である。１つの走査線から次の走査線
への遷移を点線26で示す。しかし、この処理順は、それ
自体のパターンと異常とを導入するものであり、これに
よって出力画像の品質が劣化することになる。

【００２５】本発明によれば、ディジタル画像データの
各行は、前述のように上から下に処理される。しかし、
各行の処理方向がランダムに選択され、表現された画像
中に顕著なパターンが形成されることが防止されるよう
になる。各走査線の処理方向は、ブルーノイズ関数、す
なわち、ハイパスフィルタリングが施されたホワイトノ
イズに従って選択される。図３に示すように、第１走査
線30が左から右に処理され、続いて第２走査線32が右か
ら左に、次いで第３走査線34が右から左に、といった具
合に処理される。その処理方向は、ランダムなブルーノ
イズ様式で変化する。しかし、その処理方向の選択は、
走査線が３つ連続して同じ方向に処理されることのない
ように更に制限される。換言すれば、その選択関数は、
３走査線あたり１方向変化のカットオフ周波数または最
小周波数を有するようにフィルタリングされる。

【００２６】処理方向の選択のために、適当な所定のビ
ットシーケンスをルックアップテーブルとして格納する
ことができる。例えば、０が走査線の左から右への処理
を表し、１が右から左への処理を表すビットシーケンス
をコンピュータ装置のメモリに格納して、各々の画素走
査線の処理方向を選択するためのブルーノイズ関数を提
供することができる。このルックアップテーブルは、例
えば、512ビットまたは1024ビットといった適宜の長さ
のものとすることができ、これは循環させることができ
る。すなわち、画像データがN本を越える走査線からな
る場合の「N」ビットのルックアップテーブルの場合、
「N」本の走査線が処理される度にアドレスカウンタが
そのルックアップテーブルの最初のアドレスにロールオ
ーバーまたはリセットされて、そのテーブルが再使用さ
れる。

【００２７】変調された誤差拡散しきい値 この新しい方法は、まず周知の誤差拡散技術を概観する
ことで最も良く理解されよう。周知の誤差拡散ハーフト
ーン化アルゴリズムを図４に示す。ディジタル画像入力
データ、すなわち、連続的な振幅の離散空間画像J[n]
が、加算接合42にノード40で入力される。各画素毎に、
グレー値がしきい値手段46へノード44で入力される。そ
のしきい値手段46は、そのグレー値を、誤差拡散しきい
値と呼ばれる所定のしきい値と比較する。入力値がその
しきい値を越える場合には、出力が１となり、対応位置
でドットが発射されることになる。この出力ビットは、
量子化された離散空間画像I[n]の対応位置に書き込まれ
る。

【００２８】その量子化された量、すなわち０または１
が、加算接合50で入力グレー値から減算されて、誤差項
が形成される。例えば、所与の画素の入力グレー値が1/
4、すなわち64/256で、しきい値が50％すなわち128/256
である場合には、その量子化値は０となり、誤差項は64
/256-0=64/256となる。50％とは、誤差拡散ハーフトー
ン化に通常使用されるしきい値である。この例では、対
象となる画素は、64というグレー値を有するが、ドット
が発射されなかった（量子化値が０）ので、周囲の画素
に「拡散」すべき正の誤差が存在する。選択された周囲
の画素のグレー値は、出力画像の一層大きな領域にわた
る平均グレー値が入力画像のグレー値に忠実な値となる
ように調整される（この例の場合には増大される）。

【００２９】誤差項が拡散される態様は、誤差フィルタ
によって規定される。広く用いられる誤差フィルタの１
つとして、図５(a)に示すFloydおよびSteinbergのフィ
ルタがある。同図に示すように、黒い点で示す所与の画
素についての誤差項は、その現在の画素に隣接する４つ
の画素位置に拡散される。このような近傍の各画素位置
において、重み付けされた誤差項の一部が、ソース画像
の画素のグレー値に加えられる。上記の例でいうと、誤
差項64/256が誤差フィルタ手段52に入力され、その結果
として生じた調整がパス54を介して加算接合42に与えら
れて、入力データの対応画素に加えられる。より詳細に
は、図５(a)の誤差フィルタによれば、誤差項64/256の1
6分の７が、図５(a)の画素位置「a」で示すように、現
在の画素の右隣の画素に加えられる。また、誤差項64/2
56の16分の１、すなわち4/256が、図５(a)の画素位置
「b」におけるソース画像のグレー値に加えられる。以
下同様に繰り返されて、その誤差項が図５(a)に示す重
みに従って周囲の４つの画素位置に拡散される。Floyd
とSteinbgerは、この特定の誤差フィルタが、彼らの提
案したハーフトーン化法においては最適なものであるこ
とを示した。他のフィルタは更に多くの項を有するもの
であり、すなわち、他のフィルタは誤差項をより多くの
近傍画素に拡散させるものであり、残念ながら処理速度
が大きく低下する。

【００３０】上述の始動遅延による異常は、誤差拡散し
きい値を大幅に小さくし、そのしきい値を、一定の値で
はなく、ブルーノイズを用いて決定することにより、低
減または除去可能であることが分かった。これをしきい
値の変調と呼ぶ。

【００３１】誤差拡散しきい値の変調は、必要なブルー
ノイズ特性を有する所定の一連の数をメモリに格納する
ことによって好適に実施することができる。ハーフトー
ン化中に、しきい値が必要とされる度に、すなわち画像
データの各画素毎に、現在の値がルックアップテーブル
から読み出される。現在の画素のグレー値がその現在の
しきい値と比較されて、図４に関連して上述した誤差項
が決定される。しきい値を変調することは直観的には理
解し難いかもしれないが、事実、しきい値は自由裁量に
よるものである。低い一定のしきい値は、低いグレー値
については始動遅延を低減させるが、高いグレー値につ
いては残念ながら逆効果を有するものとなる。換言すれ
ば、高いグレー値については、出力画像の境界部や縁部
に沿った解像度が犠牲になってしまう。上述のブルーノ
イズを用いたしきい値の変調により、大幅な改善が得ら
れることが分かった。

【００３２】一般に、ハーフトーン化の目的は、表示端
末または印刷用紙上の出力画像の外観を最適化すること
である。従って、ハーフトーン化アルゴリズムの最適化
には、具体的な出力装置すなわち目標となる装置の考察
が必要になる。商用的な一実施例では、本発明は例え
ば、解像度300dpiの矩形グリッドを有するインクジェッ
ト印刷装置において実施される。この種のインクジェッ
ト印刷装置は、モノクロ、カラー、またはその両方（CM
YK）とすることができる。印刷されるインクドットが比
較的大きいこと、および、機械的公差やペンのアライン
メント等のインクジェット印刷装置の他の特性を考慮
し、次の表１に示す値に従って誤差拡散しきい値を変調
することにより印刷画像品質の改善が得られることが分
かった。

【００３３】

【表１】

【００３４】同表は、本発明によるハーフトーン化のし
きい値の変調に適したブルーノイズの周波数特性を有す
る一連の数を示すものである。また、同表は1024の項目
からなり、そのシーケンスは必要に応じて1024画素毎に
繰り返すことができる。ブルーノイズ関数を生成する他
の手段は周知のものであり、例えば、ブルーノイズ関数
は、乱数発生器を用いて計算可能であり、または、ホワ
イトノイズを生成し、それをハイパスフィルタにかける
ことにより、アナログ回路を用いて必要なブルーノイズ
を形成し、その後にA/D変換を行ってブルーノイズ関数
を形成することも可能であり、他の方法も存在する。そ
の詳細は当業者には明らかであろう。

【００３５】誤差拡散フィルタ 上述のFloydとSteinbergのフィルタ等の周知の誤差拡散
フィルタは、少なくとも４つの重み付け要素を有する。
上述のような誤差拡散しきい値の変調により、出力画像
品質を犠牲にすることなく、一層簡単な３重みフィルタ
が使用可能となることが分かった。図５(b)において、
３重みフィルタが従来のものと異なる点は、現在の画素
の右の画素「a」が重み8/16を有し、その下の画素「b」
がこのフィルタでは用いられないという点である。他の
２つの画素については、FloydとSteinbergのフィルタと
同じである。この新規のフィルタは、誤差拡散処理時間
を25％近く短縮するという利点を有する。

【００３６】強制マトリクス技術 また、ハーフトーン化に先立って入力すなわちソース画
像データに僅かに変更を加えることにより、出力画像品
質の改善、すなわち、不快なパターンや異常の防止が可
能となることが分かった。ここでの目的は、画像のグレ
ー値を大きく変化させることなく誤差拡散後の画像品質
を向上させるような方法で画像データを僅かに修正する
ことである。この技術は、ソースデータの強制マトリク
ス修正と呼ばれる。

【００３７】第１ステップは、予想される各グレー値毎
に強制マトリクスを設計することである。例えば、256
のグレーレベルの画像データを伴う装置の場合には、25
6の異なる強制マトリクスを決定する必要がある。実際
のマトリクス数は、以下で説明するように、実際にはこ
れより少なくすることができる。しかし、その一般的な
概念は、ソース画像が誤差拡散前に強制マトリクスに従
って修正される場合に、そのソース画像が誤差拡散後に
品質の向上した出力画像になるように、各グレーレベル
毎に個々のマトリクスを設計する、ということである。

【００３８】各強制マトリクスは、所定のセルアレイか
らなり、その各セルは、選択された一対のグレーレベル
値すなわち係数のうちの１つを有している。例えば、図
６(a)は、グレー１と示す強制マトリクスのためのセル
構成を規定するビットマップを示している。実際のマト
リクスは単なるビットマップではなく、そのビットマッ
プ中の各「０」が一対の係数のうちの１つに置き換えら
れ、そのビットマップ中の各「１」が他方の係数に置き
換えられたマトリクスである。このパターンすなわちビ
ットマップ自体と、一対のグレーレベル値または係数と
は、各々の強制マトリクスが平均して所望のグレーレベ
ルを有するように選択される。

【００３９】各強制マトリクスは、任意の寸法を有する
ものである。本好適実施例の場合、それらマトリクスは
矩形であるが、例えば、六角形のグリッド等の他のグリ
ッド形状を用いても、同じ原理を実施することができ
る。これに関しては制限がないので、各強制マトリクス
は、ハーフトーン化の後に最適な結果が得られるように
大きくしたり小さくしたりでき、また縦横比を変えるこ
ともできる。

【００４０】強制マトリクスのビットマップの３つの例
(56,60,64）を、図６(a)、図６(b)、図６(c)にそれぞれ
示す。これらビットマップの各々は、互いに異なるサイ
ズと縦横比とを有していることが分かる。これは、例え
ば、全てのディザーマトリクスが同じ寸法を有し厳密に
整列されている整列ディザー技術とは対照的なものであ
る。実際に、強制マトリクス技術はディザリングとは全
く異なるものである。ディザリングは、画素を量子化す
るために、入力グレー値としきい値との比較を必要とす
るものであることを想起されたい。ここで説明する強制
マトリクス技術は、ディザリングまたは誤差拡散ハーフ
トーン化に先立って単に入力データのグレー値を修正す
るだけのものである。この技術は、データのビット数を
低減させるものではない。この技術は、出力画像品質を
改善するという利点を有し、また以下で説明する一層小
さな誤差拡散フィルタの使用を可能にするものである。

【００４１】１組の強制マトリクスを完全に規定するた
めには、各マトリクス毎に一対の係数を選択する必要が
ある。これらは、好適にはルックアップテーブルという
形で格納される。かかるテーブルは、そのテーブルへの
アドレスまたは索引として用いるべき一連のソース画像
のグレー値を有する。各強制マトリクス毎に固有のビッ
トマップを設計することは必須ではない。目標出力装置
によっては、特定の１つのマトリクスのビットマップが
多数の異なるグレーレベルに適することが有り得る。

【００４２】本発明の商用的な一実施例すなわちインク
ジェット印刷装置では、256のグレーレベルの全てに対
して単一のグレー値ビットマップが用いられる。この好
適なビットマップを図７に符号70で示す。このビットマ
ップ70は、左上４分区に第１クラスタ72を有し、右下４
分区に第２クラスタ74を有している。この特定のビット
マップは８×８ビットであるが、この寸法は上述のよう
に任意に設定できる。本実施例では、256のグレー値と
その各値に対応する係数の対とがルックアップテーブル
中のメモリに格納される。所与の目標出力装置のための
最適値は、実験的に決定されなければならず、ドットサ
イズ、グリッドサイズ他の多くの要因によって決まる。
このインクジェット印刷装置の例で選択されたマトリク
スの係数を次の表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】同表は、選択されたグレー値についての強
制マトリクスの係数のルックアップテーブルを示すもの
である。グレー値マトリクスのビットマップ中の１と０
との相対的な数もまた任意である。唯一の制約は、所与
の１画素のグレー値について、ビットマップ中の０と１
を２つの係数にそれぞれ置き換えた後に得られるグレー
値マトリクスが、所望のグレー値にほぼ等しい平均グレ
ー値とならなければならない、ということである。

【００４５】強制マトリクスの設計にはいくつかの方法
がある。その１つの手順は、所与のグレー値のソース画
像についての出力画像における異常を識別することであ
る。次いで、それらの異常と反対のまたは相補的な関係
にあるマスクを生成する。換言すれば、ドットの発射を
付勢することにより出力画像を改善することのできる位
置に１を入れ、逆にドットの発射を付勢しないことによ
り出力画像を改善することのできる位置に０を入れるこ
とによってビットマップを設計する（これは、勿論、強
制マトリクス係数のうちの小さいものが０のビットに割
り当てられることを仮定している）。これらのステップ
により、対象となる強制マトリクスに適したビットマッ
プが規定される。

【００４６】次のステップは、マトリクスについての一
対のグレー値または係数を選択することである。それら
の値の選択は、結果的に得られるマトリクス（選択され
た値がビットマップ中に代入された場合）が、対象とな
るソース画像のグレー値に等しいか少なくともほぼ等し
い平均グレー値を有する限り、（特定の装置の値の範囲
内で）全く制約のないものである。それらの係数の相対
的な大きさによって、それらがハーフトーン化処理に与
える影響の程度が決まる。これを説明するため、図６
(b)のビットマップについて考察する。同図では、同数
の０と１がある（これは必要条件というわけではな
い）。選択された係数が１と３である場合、その平均は
２になり、これは、画素のグレーレベルが２に等しい場
合に適切なものとなる。この場合、３に置き換えられる
全ての画素は、１に置き換えられる画素よりもドットが
発射される可能性が３倍高いことになる。これは誤差拡
散に起因するものである。実際に、一定のグレーレベル
２を有する入力画像について、その画素がこの強制マト
リクスに従って調整された場合には、そのグレーレベル
２は決して誤差拡散されないことになる。そうではな
く、代入値１,３が誤差拡散されることになり、それで
も、画像全体について平均グレー値２が達成される。

【００４７】選択された係数が０と４である場合、その
平均は、図６(b)のビットマップの場合には、やはり値
２となる。この場合、４に置き換えられる画素は毎回発
射され、０に置き換えられる画素は決して発射されない
ことになる。この極端な例の場合には、強制マトリクス
技術による影響が非常に強く、これにより誤差拡散後の
結果が本質的に決定されることになる。実際には、一層
複雑な方法が用いられ、その場合には表２の例から分か
るように係数が互いに比較的近いものとなる。

【００４８】強制マトリクスを設計する別の方法として
は、最初に所望の出力画像パターン、例えばほとんどの
観察者にとって快適なブルーノイズ型の特性を有する出
力画像パターンを生成する方法がある。次いで、誤差拡
散後に所望パターンをもたらす強制マトリクスを識別す
るために、そのパターンの「逆エンジニアリング」を行
う。これは、考え得る多数のマトリクスをコンピュータ
に生成させ、その出力を主観的に調べて、それらのマト
リクスのうち最も望ましいものを識別することにより、
実験的に行うことができるものである。

【００４９】ここで図８を参照する。同図は、ハーフト
ーン化方法を示すフローチャートである。まず、ディジ
タル入力すなわちソース画像ファイルが処理のためにロ
ードされる（ステップ76）。画像の走査線を順次処理す
るために走査線番号が初期化される（ステップ78）。次
に、最初の走査線を処理するために初期方向が選択され
る（ステップ80）。ラスタ方向は、上述のブルーノイズ
関数を用いて選択される。その選択された初期処理方向
に応じて画像カウンタがその走査線の一端にセットされ
る（ステップ82）。

【００５０】最初の画像画素が読み出されて（ステップ
84）そのグレー値が決定される。次いで、そのグレー値
に対応する強制マトリクスが選択される（ステップ8
6）。その選択された強制マトリクスを用いて画像が論
理的にタイリングされる（ステップ88）。このステップ
は好適には、選択されたグレー値マトリクスのビットマ
ップを用いて画像を論理的にタイリングすることにより
間接的に行われる。これは、実際の係数値を後で代入で
きるからである。そのタイリング操作は、モジュロ演算
を用いて簡便に実行されるものであり、また、同タイリ
ング操作は、処理の開始される起点から始まって、現在
の画素までを含むソース画像をカバーするのに十分な数
だけ正方形のアレイ中で互いに連結した、選択された強
制マトリクスの反復によってソース画像がカバーされる
場合に、その選択された強制マトリクス中のどこに現在
の画素が現われるかを決定するものである。従って、選
択されたマトリクスのビットマップ中の対応位置が０で
あるか１であるかを判定することができる。それに対応
する係数すなわち新しいグレーレベル値が検索されて、
その新しいグレーレベル値に現在の画素が調整される
（ステップ90）。

【００５１】次に、上述のブルーノイズを用いて誤差拡
散しきい値が選択される（ステップ92）。新しいグレー
値を用い、そのグレー値を、前記の選択されたしきい値
に対して量子化することにより、誤差拡散（ステップ9
4）が進行する。誤差項は、図５(b)に関連して上述した
新規の３重みフィルタを用いて拡散される。次いで、画
素アドレスすなわちカウンタがインクリメントされ（現
在の処理方向が逆である場合にはデクリメントされ）
（ステップ96）、走査線終了テスト98が実行される。現
在の走査線の終わりでない場合（100）には、次の画素
に対して上述のようにステップ84以降の処理が行われ
る。

【００５２】現在の走査線が完全に処理された後、走査
線のアドレスすなわちカウンタがインクリメントされて
（ステップ102）、画像終了テスト（ステップ104）が行
われる。処理すべき走査線がまだ存在する場合には、制
御がステップ80に戻って（106）次の走査線の処理方向
を選択し、画像が完成する（ステップ108）までこれを
繰り返す。

【００５３】本発明の原理をその実施例で図示および説
明してきたが、当業者であれば、かかる原理から逸脱す
ることなく本発明の構成や細部に変更を加え得ることは
明らかである。したがって、特許請求の範囲の記載に含
まれる全ての変更態様を請求することとする。

【００５４】以下に本発明の実施態様を行挙する。

【００５５】１．出力画像を形成するために、グレー値
を各々が有する画素からなる走査線により構成される矩
形アレイによって規定されるディジタル画像をハーフト
ーン化する方法であって、この方法が、前記ディジタル
画像中の考え得る各グレー値毎に、対応する強制マトリ
クスを設け、その各強制マトリクスは、その対応画素の
グレー値にほぼ等しい平均グレー値をそれぞれ有してお
り、ハーフトーン化に先立ち、各画像画素を前記の対応
する強制マトリクスにより決定される新しいグレー値に
調整し、その新しいグレー値を用いて各画素の誤差拡散
を行う、というステップを含むことを特徴とする、前記
ハーフトーン化方法。

【００５６】２．前記の調整ステップが、前記画像デー
タを読み出して前記画素のグレー値を決定し、その画素
のグレー値に対応する強制マトリクスを選択し、前記画
像を前記の選択された強制マトリクスを用いて論理的に
タイリングして前記画像画素の位置に対応する前記強制
マトリクス中の位置を決定し、その選択された強制マト
リクス中の対応する位置によって規定される対応する新
しいグレー値に前記画像画素のグレー値を調整する、と
いうステップを含むことを特徴とする、前項１記載のハ
ーフトーン化方法。

【００５７】３．前記の誤差拡散ステップが、変調され
た誤差拡散しきい値を選択し、その選択されたしきい値
に対して各画素を量子化する、というステップを含み、
前記の変調されたしきい値が、所定の平均値を有するブ
ルーノイズ関数に従って画素毎に変動する、前項２記載
のハーフトーン化方法。

【００５８】４．前記の変調されたしきい値が、３つ連
続して前記平均値より高くなるか低くなることのないよ
うな最小周波数で画素毎に変動する、前項３記載のハー
フトーン化方法。

【００５９】５．前記の誤差拡散ステップが、３重み誤
差拡散フィルタの適用を含む、前項３記載のハーフトー
ン化方法。

【００６０】６．前記の３重み誤差拡散フィルタが、起
点から時計方向に順に８−０−５−３の重みを有する修
正されたFloydおよびSteinberg型フィルタである、前項
５記載のハーフトーン化方法。

【００６１】７．各々の画素走査線について、対応する
処理方向を、その処理方向がブルーノイズ関数に従って
走査線毎に変化するように選択し、前記画素走査線を順
次処理し、各走査線中の個々の画素が前記の対応する処
理方向に処理され、これにより出力画像中の方向性によ
るアーチファクトおよび始動遅延によるアーチファクト
を低減させる、というステップを更に含む、前項１ない
し前項６のいずれかに記載のハーフトーン化方法。

【００６２】８．走査線の処理方向を選択するための前
記ブルーノイズ関数が、３本の走査線につき１回だけ方
向変化するという最小周波数を有する、前項７記載のハ
ーフトーン化方法。

【００６３】９．前記の強制マトリクスを設けるステッ
プが、所定のビットマップを設け、少なくとも１つの画
像のグレー値について、前記の画像のグレー値にほぼ等
しい平均グレー値を有する強制マトリクスを形成するよ
うに、前記ビットマップに代入すべき一対の係数を選択
する、というステップを含む、前項１記載のハーフトー
ン化方法。

【００６４】１０．前記ビットマップが前記強制マトリ
クスの全てを形成するために使用され、これにより、前
記強制マトリクスの各々が、前記ビットマップに代入す
べき係数の個々の対によって規定される、前項９記載の
ハーフトーン化方法。

【００６５】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、ハ
ーフトーン化装置における処理速度と出力画像品質とを
向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像データの走査線の通常のラスタ処理順を示
す説明図である。

【図２】画像データの蛇行ラスタ処理順を示す説明図で
ある。

【図３】本発明による画像データのブルーノイズラスタ
処理順を示す説明図である。

【図４】周知の誤差拡散アルゴリズムを示すブロック図
である。

【図５】(a)は、FloydおよびSteinbergの誤差拡散フィ
ルタを示す説明図であり、(b)は、本発明による３重み
誤差拡散フィルタを示す説明図である。

【図６】(a)〜(c)は、強制マトリクスビットマップの第
１、第２、第３実施例をそれぞれ示す説明図である。

【図７】16/64の強制マトリクスビットマップを示す説
明図である。

【図８】本発明によるディジタルハーフトーン化方法を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

30,32,34 走査線 56,60,64 強制マトリクス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力画像を形成するために、グレー値を各
   々が有する画素からなる走査線により構成される矩形ア
   レイによって規定されるディジタル画像をハーフトーン
   化する方法であって、この方法が、 前記ディジタル画像中の考え得る各グレー値毎に、対応
   する強制マトリクスを設け、その各強制マトリクスは、
   その対応画素のグレー値にほぼ等しい平均グレー値をそ
   れぞれ有しており、 ハーフトーン化に先立ち、各画像画素を前記の対応する
   強制マトリクスにより決定される新しいグレー値に調整
   し、 その新しいグレー値を用いて各画素の誤差拡散を行う、
   というステップを含むことを特徴とする、前記ハーフト
   ーン化方法。