JPH0774950A - 印刷シンボルのモデル化を用いたハーフトーン画像生成方法 - Google Patents

印刷シンボルのモデル化を用いたハーフトーン画像生成方法

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JPH0774950A
JPH0774950A JP6093398A JP9339894A JPH0774950A JP H0774950 A JPH0774950 A JP H0774950A JP 6093398 A JP6093398 A JP 6093398A JP 9339894 A JP9339894 A JP 9339894A JP H0774950 A JPH0774950 A JP H0774950A
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JP6093398A
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Qian Lin
キアン・リン
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/40—Picture signal circuits
    • H04N1/405—Halftoning, i.e. converting the picture signal of a continuous-tone original into a corresponding signal showing only two levels
    • H04N1/4051—Halftoning, i.e. converting the picture signal of a continuous-tone original into a corresponding signal showing only two levels producing a dispersed dots halftone pattern, the dots having substantially the same size

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膨大量の計算を必要とすることなく線形の階
調反射率を有するハーフトーン画像をグレースケール画
像から生成すること 【構成】 ディザーマトリクスを使用してグレースケー
ル画像からプリンタ用のハーフトーン画像を生成する方
法である。このハーフトーン画像は、プリンタにより印
刷されるシンボルで表される。ディザーマトリクスは多
数のパターンを含んでいる。その各パターンはそれぞれ
多数の要素を有し、それら要素は異なる個数の値１,０
を有している。ディザーマトリクスの各パターン中の要
素の値は前記シンボルのモデルによって決まる。そのモ
デルは、各パターンの生成時にそのパターン中に組み込
まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にハーフトーン画
像に関し、特にディザーマトリクスによりハーフトーン
画像を生成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プリンタは、ハーフトーン画像またはグ
レースケール画像として画像を印刷するように設計する
ことができる。ハーフトーン画像の場合には、その画像
の各画素は、印刷されたシンボルを含むかまたは含まな
いかのどちらかである。また、グレースケール画像の場
合には、各画素の各シンボルは、多くのグレー値のうち
の１つを有するように更にリファインされている。
【０００３】ハーフトーン画像は、一般にその生成がグ
レースケール画像よりも容易で安価なものである。比較
的低コストのプリンタの多くは、ハーフトーン画像印刷
専用に設計されている。このようなプリンタを使用して
グレースケール画像を印刷するためには、そのグレース
ケール画像をハーフトーン画像に変換しなければならな
い。印刷業界における１つの目標は、適切な変換方式を
開発して、ハーフトーン画像が実質的にグレースケール
画像と見分けがつかなくなるようにすることである。
【０００４】従来の或る方法では、ディザーマトリクス
を使用してグレースケール画像をハーフトーン画像に変
換している。グレースケール画像は多数の画素を有し、
その各画素は値を１つずつ有している。ディザーマトリ
クスは、物理的空間を占有し、また多数の要素を有し、
その各要素は値を１つずつ有している。このマトリクス
は、グレースケール画像上に写像される。ディザーマト
リクスにより占有される空間よりも大きな画像に関して
は、その画像全体をカバーするようにそのディザーマト
リクスが複製される。そのマトリクス中の各要素がその
対応するグレースケール画像画素と比較される。グレー
スケール画像画素の方が大きい値を有する場合には、ハ
ーフトーン画像の対応位置にはシンボルは印刷されな
い。
【０００５】上記方法を使用して視覚的に満足のいくハ
ーフトーン画像を生成するためには、上記のディザーマ
トリクスが慎重に設計されなければならない。このディ
ザーマトリクス中の要素は、乱数生成器により生成され
るべきではない。これは、完全にランダムなパターン
は、グレースケール画像の内容を悪化させるノイズの多
い画像を生成することになるからである。
【０００６】こうしたディザーマトリクスを設計する従
来の方法の１つが、空所／集団(void-and-cluster)法と
して知られている。この空所／集団法についての一般的
な論述は、Robert Ulichney 著の「The Void-and-Clust
er Method for Dither ArrayGeneration 」(SPIE/IS&T
Symposium on Electronic Imaging Science and Techno
logy, San Jose, CA, February, 1993)に見ることがで
きる。
【０００７】図１(a)は、従来の空所／集団法により生
成されたハーフトーン画像パターンの１つのグレー値を
示すものである。同図は600dpiプリンタで印刷されたも
のである。画像を増大させるために、各シンボルが９倍
に拡大され、その画像は、水平方向に沿って４回複製さ
れ、次いで垂直方向に沿って４回複製されたものであ
る。このパターンは、グレースケール画像中には存在し
ないS1,S2,S3,S4等の認知可能な形状を反復したものを
含んでいる。それら形状（図１(b)に示すようなもの）
は、ハーフトーン画像がプリンタにより印刷される際に
生成される。これは、印刷されたシンボルに起因して画
像が歪んでしまうからである。
【０００８】グレースケール画像が特定数のグレー値を
有する場合には、それと同数のハーフトーン画像パター
ンが存在するべきである。そのパターンは、シンボルが
全く印刷されない場合から１つのパターン全体がシンボ
ルで埋め尽くされる場合までの範囲の明度レベルを有す
るものである。各ハーフトーン画像パターンは、線形の
階調反射率曲線を生成するように、その明度が線形的に
低下すべきものである。印刷媒体上の画像の階調反射率
は、その画像により反射された入射光の百分率として定
義される。印刷されたシンボルにより覆われた印刷媒体
は、低階調反射率を有する。線形の階調反射率とは、例
えば、ハーフトーン画像パターンにおける明度レベルの
10％の減少が、反射光の量の10％の減少と解釈されるこ
とを意味する。
【０００９】図３は、従来の空所／集団法によって生成
されたハーフトーン画像のグレーランプ(ramp：傾き)を
示すものである。このグレーランプは、非常に明るいパ
ターンから非常に暗いパターンまでの段階的パターンと
して様々な明度レベルの全てを印刷したものである。こ
の場合には256のパターンが存在する。これらパターン
は、中間レベルから下は非常に暗いものとなっている。
これは、プリンタにより印刷されるシンボルが、そのハ
ーフトーン画像の画素サイズよりも大きいからである。
重なり合ったシンボルが画像を著しく暗いものとしてい
る。このため、所望の度合いの明度レベルと実際に知覚
される明度レベルとが極めて異なるものとなる。これに
より、極めて非線形の階調反射率曲線が形成される。図
４は、上記のグレーランプの階調反射率曲線を示すもの
である。この曲線は、明度レベルに対する階調反射率を
示しており、ｘ軸上のレベルが高ければ高いほど、パタ
ーンが明るいものとなっている。低いパターン番号を有
するほとんどのパターン、即ち、図３における中間レベ
ルから下のパターンは、非常に低い階調反射率を有して
いる。従って、この曲線は極めて非線形的なものであ
る。
【００１０】或る従来の方法では、ディザーマトリクス
の形成後にそのマトリクスを修正することにより、上記
非線形性の補正を試みている。この方法は、先ず最初に
ディザーマトリクスを生成する。次いで、そのディザー
マトリクスにより形成されたハーフトーン画像のグレー
ランプが印刷され、その階調反射率曲線が測定されて、
図４と同様のグラフが得られる。その階調反射率曲線に
基づいて上記ディザーマトリクスが修正される。図４の
垂直軸は、その階調反射率を水平軸の鏡像に変更するこ
とにより修正される。例えば、水平軸上のレベル番号
「150」は、垂直軸上のレベル番号「25」に写像され
る。それに従って、上記ディザーマトリクス中の要素の
値が変更される。これにより、上記ディザーマトリクス
の幾つかのパターンが排除されて、実質的に線形の階調
反射率曲線が生成される。しかし、レベル間のギャップ
が極めて非線形になる。これは、水平軸上の多数のレベ
ルが垂直軸上の低番号レベルに写像され、極めて少数の
レベルしか高番号レベルに写像されないからである。こ
うした方法に関する一般的な論述は、Shiau及びWilliam
s著の「Semiautomatic Printer Calibration With Scan
ners」(the Journal ofImaging Science and Technolog
y, 36(3), 1992, page 211-219)に見られる。
【００１１】また、別の従来方法では、誤差拡散アルゴ
リズムで印刷ドットをモデル化することにより、上記の
非線形性を補正しようとする。この方法は、グレースケ
ール画像の各画素全てを１度に１つずつ解析して、ハー
フトーン画像の対応する画素にドットを印刷すべきか否
かを決定するものである。各々の画素からの誤差は、そ
の画素の近傍の画素に「拡散」される。このような「画
素毎」の計算は極めて膨大な量の計算を必要とするもの
である。従って、この誤差拡散方法は、通常は、ハーフ
トーン画像を生成するのに、ディザーマトリクス法より
もはるかに時間を要するものとなる。更に、誤差拡散方
法は、画像上の画素の値を順次計算することができない
ベクトル図形には適さない。そのような方法についての
論述は、Thrasyvoulos N. Pappas著の「Model-Based Ha
lftoning」(SPIE/IS&T Symposiumon Electronic Imagin
g Science and Technology, San Jose, CA, March, 199
1)に見ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】極めて膨大量の計算を
必要とすることなく、線形の階調反射率を有するハーフ
トーン画像をグレースケール画像から生成する方法が、
依然として必要とされている。更に、画像がプリンタに
より印刷される際に、あらゆる知覚可能な形状の反復を
最小限にすることが望ましい。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ディザーマト
リクスを使用してグレースケール画像から印刷ハーフト
ーン画像を生成する方法を提供する。ハーフトーン画像
中の個々の画素の値は、グレースケール画像中の画素の
値をディザーマトリクス中の要素の値と直接に比較する
ことにより、膨大量の計算を必要とすることなく決定さ
れる。更に、本発明の方法により生成されるハーフトー
ン画像は、プリンタによるその印刷時に伴う知覚可能な
形状の反復を無視可能にするものである。
【００１４】簡単かつ一般的に言えば、本発明の方法で
は、ディザーマトリクスを使用してグレースケール画像
から印刷ハーフトーン画像が生成される。このハーフト
ーン画像は、プリンタにより印刷されるシンボルで表さ
れる。
【００１５】ハーフトーン画像と、グレースケール画像
と、ディザーマトリクスとが、それぞれ領域を１つずつ
占有する。それら３つの領域は、互いに実質的に等しい
ものである。
【００１６】ハーフトーン画像およびグレースケール画
像の両者は多数の画素を有しており、その各画素が値を
１つずつ有している。ディザーマトリクスは多数の要素
を有し、その各要素が値を１つずつ有している。
【００１７】本発明の方法は、グレースケール画像の各
画素の値をディザーマトリクス中の要素の値と比較す
る。この比較結果に基づいて、対応するハーフトーン画
像画素の値が決定される。
【００１８】ディザーマトリクス中の複数の要素は、複
数のパターンにより生成され、その各パターンは、要素
を複数ずつ有している。各パターン中の各要素は、値を
１つずつ有しており、またディザーマトリクス領域中の
位置を１つずつ有している。各パターンの生成時に、プ
リンタにより印刷されるシンボルのモデルに依存して各
パターン中の各要素の値が決定されて、ディザーマトリ
クスが形成される。
【００１９】本発明の別の態様および利点は、本発明の
原理の実施例を示す図面を参照して進める以下の詳細な
説明から明らかとなろう。
【００２０】
【実施例】本発明は、ディザーマトリクスを使用してグ
レースケール画像から印刷ハーフトーン画像を生成する
方法を提供するものである。従来の方法には、ハーフト
ーン画像の各画素を生成するために膨大な計算を必要と
するものがある。また別の従来の方法では、印刷時に知
覚可能な反復を有するハーフトーン画像、または、非線
形の階調反射率曲線を有するハーフトーン画像が生成さ
れる。
【００２１】本発明では、単にグレースケール画像の画
素の値をディザーマトリクスの要素の値と比較すること
により、膨大な計算を必要とすることなく、ハーフトー
ン画像中のあらゆる画素の値が決定される。本発明の方
法は、ラスタ図形およびベクトル図形の両方に適したも
のである。更に、本発明の方法を使用することにより、
プリンタにより生成されるハーフトーン画像は、各レベ
ル間のギャップが実質的に等しくて、知覚可能な形状の
反復が無視可能な程度となる、実質的に線形の階調反射
率曲線を有するものとなる。
【００２２】図５は、グレースケール画像102をハーフ
トーン画像104に変換するための本発明を組み込んだコ
ンピュータ装置100を示している。ハーフトーン画像104
は、プリンタ105により印刷されるシンボルで表され
る。図６は、ハーフトーン画像104を生成するためにコ
ンピュータ装置100により使用される好適なディザーマ
トリクス110を示すものである。ハーフトーン画像104
と、グレースケール画像102と、ディザーマトリクス110
とは、それぞれ領域を１つずつ占有し、例えば、ディザ
ーマトリクス110は領域112を占有する。これら３つの領
域は、実質的に互いに等しいものである。ディザーマト
リクスのサイズは小さく、例えば、0.5cm×0.5cmであ
る。グレースケール画像の大きさがディザーマトリクス
110よりも大きい場合には、ハーフトーン画像を生成す
るために、ディザーマトリクス110が、そのグレースケ
ール画像の領域をカバーするように複製される。
【００２３】ハーフトーン画像104およびグレースケー
ル画像102は共に、グレースケール画像画素114およびハ
ーフトーン画像画素116等の多数の画素を有している。
各画素は値を１つずつ有しており、例えば、グレースケ
ール画像画素114は値「200」を有し、ハーフトーン画像
画素116は値「０」を有している。ディザーマトリクス1
10は多数の要素を有しており、例えば要素118を有して
いる。好適一実施例では、ディザーマトリクスは128行
×128列の要素を有している。その各要素は、値を１つ
ずつ有しており、またそのディザーマトリクス領域中の
位置を１つずつ有している。例えば、要素118は、値「1
88」を有し、位置122を占有している。
【００２４】ハーフトーン画像104およびグレースケー
ル画像102は共に、白黒ともカラーともすることができ
る。カラーを表現する好適な方法の１つとして、それぞ
れ色が異なる３つのシンボルを各画素毎に備えるという
方法がある。
【００２５】ハーフトーン画像の生成方法は、グレース
ケール画像の各画素の値をディザーマトリクス中の要素
の値と比較するというステップを含む。この比較結果に
基づいて、ハーフトーン画像の対応画素の値が決定され
る。例えば、グレースケール画像画素114の値「200」
が、要素118の値「188」と比較される。この比較に基づ
いて、画素116の値が最小値（例えばゼロ）となるよう
に決定される。これは、その画素にシンボルが印刷され
ないことを意味している。
【００２６】図７は、ディザーマトリクス110の一部を
示すものである。このマトリクスは、パターン130,140,
160等の多数のパターンから生成される。各パターン
は、ディザーマトリクス110と同一のサイズと同一の要
素数とを有している。例えば、パターン130中の要素の
値は全てゼロであり、パターン160中の要素の値は、パ
ターン140中の要素の値よりも多くの「１」を有してい
る。本実施例の場合、これらの要素の値は「１」と
「０」であるが、別の最大値と最小値を使用することも
可能である。
【００２７】これら全てのパターン中の各要素の値は、
プリンタ105により印刷されるシンボルのモデルによっ
て決まる。図８(a),(b)は、シンボルの２つのモデルを
示すものである。プリンタには、ハーフトーン画像104
中の値「１」を有する１画素について１インク滴を印刷
するものがある。図７(a)は、インク滴のモデルとなる
円175を示している。プリンタによっては、上記画素に
ついてトナー粒子を印刷する。また、図７(b)は、トナ
ー粒子を有する確率を位置の関数として表した確率プロ
ファイル180を示している。第３の好適なモデルは、実
際に印刷されるシンボルのディジタル表現である。
【００２８】図９は、ディザーマトリクス110の生成ス
テップ200を示すものである。第１ステップ202では、
「１」または「０」の値を有する要素を備えた中間パタ
ーンを生成する。値「１」を有する要素が、その中間パ
ターン中に実質的に均一に分布される。それら要素の値
は、シンボルのモデルによって決まる。また図１０は、
128行×128列の要素を備えた中間パターン300の一例で
ある。同図に示すパターンは、図１(a)の場合と同様に
増大されている。その印刷されたシンボルは、その位置
の要素が値「１」を有することを意味し、空所は、その
位置の要素が値「０」を有することを意味している。
【００２９】第２ステップ204では、「１」を有する要
素が上記中間パターン300よりも少ないディザーマトリ
クス110のパターンが生成される。これは、シンボルの
モデルにより上記要素の値を修正すること、および、中
間パターン300の複数の「１」を「０」で置き換えるこ
とにより行われる。置換されるべき「１」は、フィルタ
により識別されるような集団をなす「１」を有する要素
を備えた領域内にある。１つのパターンとその次のパタ
ーンとの間での「１」を有する要素数の差は、量子化数
によって決まる。
【００３０】第３ステップ206では、中間パターン300よ
りも少数の「０」を備えたディザーマトリクス110のパ
ターンが生成される。これは、シンボルのモデルにより
上記要素の値を修正すること、および、中間パターン30
0の複数の「０」を「１」で置き換えることにより行わ
れる。置換されるべき「０」は、フィルタにより識別さ
れるような集団をなす「０」を有する要素を備えた領域
内にある。１つのパターンとその次のパターンとの間で
の「０」を有する要素数の差は、量子化数によって決ま
る。
【００３１】最後に、第４ステップ208で、上記の全パ
ターンを中間パターンに加算することにより、ディザー
マトリクス110が形成される。
【００３２】第２ステップから第４ステップまでは、上
記順序に制限されるものではない。第３ステップ206
は、第２ステップ204の前に行うことができる。総和ス
テップである第４ステップ208は、パターンの生成時に
行うことができる。例えば、中間パターンの形成後に、
その中間パターンをディザーマトリクスにコピーするこ
とができる。次いで、他の各パターンが生成される毎
に、そのパターンがマトリクス加算によりディザーマト
リクスに加算される。従って、全てのパターンが生成さ
れた際に、ディザーマトリクス110もまた形成される。
【００３３】本実施例では、ディザーマトリクス110
は、128行×128列の要素を有し、またグレースケール画
像102は、256の明度レベルを有し、これらの明度レベル
には、両端のレベル、即ち、シンボルが存在しないレベ
ルとシンボルで完全に覆われたレベルとが含まれてい
る。明度レベルは、ディザーマトリクス110のパターン
数を決定する。好適な一実施例では、中間パターンを含
むパターンの総数は256である。１つのパターンとその
次のパターンとの間での値「１」を有する要素数の差
は、量子化数によって決まる。好適な一実施例では、量
子化数は、(128×128)／255の四捨五入値、即ち64とな
る。
【００３４】別の好適実施例では、量子化数は、隣接パ
ターン間の階調反射率の変化によって決まる。本実施例
では256のパターンがある。隣接パターン間の階調反射
率が実質的に同一の変化を有するためには、それら隣接
パターン間の階調反射率の差が1/255でなければならな
い。各パターンが形成される際に、その階調反射率が計
算される。その階調反射率がそれに先行するパターンの
階調反射率に比べて1/255だけ異なる場合に、次のパタ
ーンが形成される。パターンの階調反射率を見い出す方
法の１つに、パターン上のシンボルによる被覆量に基づ
く方法がある。この被覆量は、好適には「パターンによ
り占有されている面積」分の「パターン上のシンボルに
より占有されている面積」として定義される。この被覆
量は、Yule-Nielsen方程式により、そのパターンの階調
反射率へと変換される。Yule-Nielsen方程式についての
説明は、YuleおよびNielsenによる「The Penetration o
fLight into Paper and its Effect on Halftone Repro
duction」(TAGA Proc., Vol 3, p.65-76, 1951)に見る
ことができる。
【００３５】図１１は、中間パターン300を生成するス
テップ202を更に詳細に説明したものである。中間パタ
ーンは、ステップ425で、「１」と「０」とがランダム
に分布されたランダムパターンとなるように設定され
る。好適には、そのランダムパターン中の要素の少なく
とも（100/255）パーセントが「１」に等しい値を有
し、また少なくとも（100/255）パーセントが「０」に
等しい値を有する。次いで、ステップ426で、中間パタ
ーン300がダミーパターンにコピーされ、ステップ427
で、そのダミーパターン中の要素の値がシンボルのモデ
ルにより修正される。
【００３６】ダミーパターン中の要素の値を修正するた
めの好適方法の１つに、ハーフトーン画像104の画素中
に印刷されるシンボルを円で表現する、という方法があ
る。図１２および図１３はそのようなモデル化を示すも
のである。上記要素の各位置は、寸法Ｔを有する正方形
で表され、各円は符号352で示す半径ｒを有する。非対
角方向に隣接する正方形との円の重複領域は、符号354
で示す領域ｃである。また、対角方向に隣接する正方形
との円の重複領域は、符号358で示す領域ａである。ま
た、非対角方向に隣接する共通の正方形における２つの
円の交差領域は、符号356で示す領域ｂである。ｍ＝
（ｒ／Ｔ）とすると、値ａ,ｂ,ｃは、次式の通りとな
る。
【００３７】
【数１】
【００３８】図１３は、一層多くの要素が重なり合う場
合における個々の要素の値を示している。例えば、位置
362の要素の値は、（３ｃ−２ｂ）である。これら要素
の値の全てが、上記のモデルにより修正される。
【００３９】上記要素の値を修正するための別の好適方
法として、トナー粒子を有する確率を位置の関数として
見い出す、という方法がある。レーザプリンタ等のプリ
ンタは、トナー粒子を使用してシンボルを生成してい
る。一実施例では、トナー粒子を生成するための光ビー
ムは、ガウス形状を有している。従って、トナー粒子を
有する好適な確率は、ガウス形状に従うものとなる。
【００４０】図１４(a)は、特定位置を占有するダミー
パターンの要素380と、図１４(b)に示すような正規化ガ
ウス関数384の境界382とを示す平面図である。図１４
(c)は、互いに隣接する４つの要素Ａ(390),Ｂ(392),Ｃ
(394),Ｄ(396)を示し、それら要素は全て値「１」を有
している。符号398で示されるそれら要素の共通の交点
ｘにトナー粒子を有する確率は、次のように計算され
る。
【００４１】 １−（(１−ＰA(ｘ))×(１−ＰB(ｘ))×(１−ＰC(ｘ))×(１−ＰD(ｘ))）…(1) ここで、0ＰA(ｘ)は、要素Ａによるトナー粒子を位置ｘ
に有する確率であり、ＰB(ｘ)、ＰC(ｘ)、ＰD(ｘ)もま
た同様である。
【００４２】ガウス関数384の境界382が更に大きい場合
にも、上記方程式(1)が依然として適用可能である。唯
一の相違点は、一層多くの要素からの影響により、一層
多くの項（１−Ｐ(ｘ)）が存在する、ということであ
る。
【００４３】好適な一実施例では、シンボルの形状を更
に明確に表すために、要素380が９×９個の部分要素に
細分化される。中央の部分要素では、トナー粒子を有す
る確率は１である。ガウス関数384のシグマは5.2の部分
画素となる。このシグマは、Bayerマトリクスを実験的
に用いて見い出される。Bayerマトリクスは分散ドット
マトリクスであり、これについては、B. E. Bayer著の
「An optimum method fortwo level rendition of cont
inuous-tone picture」(Proc. of IEEE Int. Conf. Com
munication, Conference Record, p.26-11 to 26-15, 1
973)で説明されている。このBayerマトリクスを使用し
て、プリンタ105によりグレーランプが印刷出力され
る。そのグレーランプの階調反射率が測定されて、階調
反射率曲線が生成される。次いで、シンボルのモデルが
Bayerマトリクスに適用され、その理論上の階調反射率
曲線がYule-Nielsen方程式に基づいて計算される。その
計算された階調反射率曲線が実測による階調反射率曲線
と実質的に一致するまで、上記シグマが調整される。ガ
ウス関数384のシグマには他の値もまた適する。この好
適実施例では、ガウス関数384の境界382は、３×３画素
をカバーする。
【００４４】方程式(1)に従って隣接要素による影響が
考慮に入れられて、全ての部分要素の確率値が生成され
る。各部分要素の確率値が生成された後、その各部分要
素の確率に依存して、各部分要素に値「０」または
「１」を割り当てる。値を割り当てる好適方法の１つ
に、「０」から「１」までの均一に分布された数を生成
する乱数生成器を使用する方法がある。部分要素の確率
が0.6であり、乱数生成器の出力が0.6以下である場合に
は、部分要素の値は「１」となり、それ以外の場合に
は、部分要素の値は「０」となる。
【００４５】シンボルを表現するための別の好適方法と
して、実際のシンボルをディジタル化して、このディジ
タル値をコンピュータ装置100中にビットマップとして
格納する、という方法がある。図１５(a)は、ハーフト
ーン画像画素452に関し、印刷されたシンボル450中のビ
ットマップを示すものである。その印刷されたシンボル
の境界の内側のビット454等の各ビットは、値「１」を
有する。その境界の外側のビットは値「０」を有する。
ダミーパターン中の値「１」を有する各要素はビットマ
ップで置換される。互いに隣接する要素の場合には、そ
れら要素のビットマップが重なり合う。好適な一実施例
では、互いに隣接する２つの要素に関し、交差する各ビ
ットの値は、その２つのシンボルのビットの値の論理和
となる。図１５(b)は、要素456,458に関してシンボル46
0,462内のビットマップの部分を示すものである。別の
実施例では、各交差ビットの値は全て、交差する各ビッ
トの値の総和となる。それら交差ビットは一層大きな値
を有することになる。論理和演算と加算演算とのどちら
を使用すべきかは、使用するプリンタと印刷媒体（紙
等）のタイプとによって決まる。
【００４６】再び図１１を参照する。ダミーパターン中
の要素の値がステップ427で修正された後、その次のス
テップは、そのダミーパターンをフィルタに通すことで
ある。好適なフィルタの１つに、1.5のシグマを有する
正規化ガウスフィルタがある。ダミーパターンは、それ
がフィルタリングされる前に２次元的に複製される。こ
れは、循環コンボリューション(circular convolution)
として知られている。部分要素とビットマップとを有す
る修正されたダミーパターンに対して、前記フィルタ
は、例えば各部分要素毎にまたは各ビット毎に、一層高
頻度でサンプリングを行わなければならない。このフィ
ルタリングプロセスについては、ここでは説明しないこ
ととする。この種の空間フィルタリングに関する一般的
な論述は、A. V. OpponheimおよびR. W. Schafer著の
「Discrete Time Signal Processing」(Prentice Hall,
1989)に見ることができる。
【００４７】フィルタリングされた出力は、「１」が最
大に集団をなす位置に最大値を有し、また最大の空所が
存在する位置に最小値を有することになる。最大値を有
する位置は最大位置として識別され、最小値を有する位
置は最小位置として識別される（ステップ430）。同等
の集団をなすかまたは同等の空所となっている位置があ
る場合には、２つ以上の最大位置または最小位置が存在
することになる。一好適実施例では、最大であることが
判明し、および、中間パターン中の対応位置に値「１」
を有する、最初の位置が、最大位置として選択される。
同様に、最小であることが判明し、および、中間パター
ン中の対応位置に値「０」を有する、最初の位置が、最
小位置として選択される。
【００４８】ステップ430で最大位置および最小位置が
識別された後、ステップ432で、中間パターン300中のそ
れらの位置の要素が交換される。
【００４９】次いで、中間パターン300が、シンボルの
モデルにより修正されるべきダミーパターンに再びコピ
ーされてフィルタリングされる。これらステップは、図
１０に示す例のように中間パターンが平衡状態に達する
まで多数回繰り返される（ステップ434）。前記平衡状
態に達した際には、中間パターン内に「１」と「０」が
実質的に均一に分布されることになる。
【００５０】その平衡状態を記述するための定量的方法
としては、フィルタリングされた出力の最大値と最小値
とを比較する方法がある。図１６は、フィルタリングさ
れた出力489をフィルタリング回数487の関数として示す
グラフ485である。曲線491は、フィルタリングされた出
力の最大値を、フィルタリング回数487の関数として示
している。また曲線493は、フィルタリングされた出力
の最小値を、フィルタリング回数487の関数として示し
ている。フィルタリングされた出力の最大値と最小値と
の間の差は、中間パターンがその平衡状態495に達する
まで、フィルタリング回数の増大につれて減少する。平
衡状態495では、フィルタリングされた出力の最大値と
最小値との間の差は、フィルタリング回数を増大させて
も実質的に一定のままとなる。一例では、フィルタリン
グ前には上記差が約7.7となり、平衡状態では上記差が
約1.5となる。
【００５１】ディザーマトリクスは、中間パターンより
少数の「１」を有する要素を備えた１つ以上のパターン
を必要とする。図１７は、中間パターンよりも「１」の
数が少ないディザーマトリクス110のパターンを生成す
るステップ204（図９参照）を一層詳細に示すものであ
る。
【００５２】一層少数の「１」を有する多数のパターン
を生成する際には、最初にステップ501で、中間パター
ン300が、一時中間パターンにコピーされ、前記中間パ
ターン300はまた、ステップ502でダミーパターンにもコ
ピーされる。次いでステップ504で、ダミーパターン中
の要素の値が上記のシンボルのモデルにより修正され、
ステップ506で、開始和が生成される。
【００５３】一実施例では、その開始和は、修正された
ダミーパターンの値の和に等しくなる。また別の実施例
では、その開始和は、修正されたダミーパターンの計算
された階調反射率となる。Yule-Nielsen方程式を用いて
パターン上のシンボルの被覆量から階調反射率を計算す
る方法は、既述の通りである。次いでステップ507で、
ダミーパターンがフィルタリングされて、「１」が実質
的に最大に集団をなすダミーパターンの位置が最大位置
として識別される。この識別ステップは、1.5のシグマ
を有する正規化ガウスフィルタを使用する上記説明の方
法と同様のものであり、従ってその詳細な説明は省略す
ることとする。一時中間パターンの最大位置における要
素の値は、ステップ508でゼロに置換される。
【００５４】次いでステップ509で、一時中間パターン
の値がダミーパターンにコピーされる。そのダミーパタ
ーンは、ステップ510で、シンボルのモデルにより再び
修正され、ステップ512で終了和が生成される。この終
了和は、開始和と同じ方法で生成される。
【００５５】次いで、本発明の方法は、ステップ514に
おいて、開始和と終了和との間の差が量子化数以下にな
るまで「識別」ステップ507に戻り、ディザーマトリク
スの１パターンを生成する。次いでステップ515で、開
始和が、終了和となるように設定され、前記の生成され
たパターンがコンピュータ100に格納される。本方法が
値の加算を用いて前記開始和および終了和を生成する場
合には、本実施例における量子化数は64となる。また、
本方法が階調反射率を用いて前記開始和および終了和を
生成する場合には、量子化数は1/255となる。
【００５６】次いでステップ516で、本方法は、終了和
が量子化数以下になるまで「識別」ステップ507に戻っ
て、一層少ない「１」を有するディザーマトリクス110
の多数のパターンを生成する。本方法は、最も疎なパタ
ーンを上回るパターンが生成された際に停止する。これ
は、最も疎なパターンが、シンボルを有さないパターン
であるからである。
【００５７】ディザーマトリクス110はまた、一層少な
い「０」を有する１つ以上のパターンを必要とする。図
１８は、中間パターンよりも一層少ない「０」を有する
ディザーマトリクス110のパターンを生成するステップ2
06（図９参照）を一層詳細に示すものである。図１８に
示す各ステップは、図１７に示した各ステップと同様の
ものである。最初にステップ551で、中間パターンが一
時中間パターンにコピーされ、ステップ552で、前記中
間パターンがダミーパターンにもコピーされる。次いで
ステップ554で、ダミーパターン中の要素の値がシンボ
ルのモデルにより修正される。その修正後、ステップ55
6で開始和が生成される。ステップ557で、ゼロを有する
要素が実質的に最大に集団をなすダミーパターンの位置
が最小位置として識別される。ステップ558で、一時中
間パターンの最小位置の要素が「１」で置換される。こ
の後にステップ559で、一時中間パターンがダミーパタ
ーンにコピーされ、そのダミーパターン中の各要素の値
がステップ560でシンボルのモデルにより修正され、ス
テップ562で終了和が生成される。ステップ564で、開始
和と終了和との間の差が量子化数以下になるまで上記
「識別」ステップ557以降が繰り返されて、ディザーマ
トリクスの１パターンが生成される。前記の１パターン
が生成されると、ステップ565で、開始和が、終了和と
なるように設定され、生成されたパターンがコンピュー
タ100に格納される。最後に、終了和が（（ディザーマ
トリクスのパターンの総数−１）×量子化数）以上にな
るまで上記「識別」ステップ557以降の各ステップが繰
り返されて、ディザーマトリクスの多数のパターンが生
成される。本実施例ではパターンの総数が256であるこ
とに留意されたい。本方法は、最も密なパターンを下回
るパターンが生成された際（ステップ566）に停止す
る。これは、最も密なパターンが、シンボルで完全に満
たされたパターンであるからである。
【００５８】ディザーマトリクスに関してシンボルのモ
デルを使用することにより、プリンタ105により生成さ
れるハーフトーン画像が有する知覚可能な形状の反復
は、無視可能なものとなる。これは、本発明により生成
されたハーフトーン画像パターンにより図１Ｃに示され
ている。このパターンは、図１(a)と同一明度レベルの
ものであり、また同一の増大化を有するものである。本
発明は、印刷されたシンボルが重なり始める際にハーフ
トーン画像の品質を大幅に改善するものである。図１９
は、グレーランプのレベル番号604に対する、本発明に
より生成されたハーフトーン画像のグレーランプの個々
のレベルの階調反射率602を示すグラフ600である。図４
に示した階調反射率曲線に比較して図１９の階調反射率
曲線606の線形性が大幅に改善されていることに留意さ
れたい。更に、グレーランプの各レベル間のギャップも
実質的に等しいものとなる。
【００５９】当業者であれば、本明細書で開示した本発
明の仕様または実施を検討することにより、本発明の他
の実施例も明らかとなろう。本明細書で引用した出版物
は、上記引用をもってそれらの開示内容を本明細書に包
含させたものとする。上記の仕様および実施例は、単に
本発明の例示を意図したものであり、本発明の真の思想
およびその範囲は、特許請求の範囲に示すものである。
【００６０】以下に本発明の実施態様を列挙する。
【００６１】１．ディザーマトリクスによってグレース
ケール画像からハーフトーン画像を生成する方法であっ
て、プリンタにより印刷されるシンボルによって前記ハ
ーフトーン画像が表され、前記ハーフトーン画像と前記
グレースケール画像と前記ディザーマトリクスとがそれ
ぞれ領域を１つずつ占有し、それら３つの領域が互いに
実質的に等しく、前記ハーフトーン画像と前記グレース
ケール画像とがそれぞれ複数の画素を有し、その各画素
が値を１つずつ有し、前記ディザーマトリクスが、複数
のパターンにより生成される複数の要素を有し、その各
パターンもまた複数の要素を有し、前記各パターン中の
前記各要素が前記ディザーマトリクスの前記領域中の位
置を１つずつ占有し、前記各要素が値を１つずつ有し、
前記方法が、前記グレースケール画像の前記各画素の値
を前記ディザーマトリクス中の前記要素の値と比較し、
その比較結果に基づいて前記ハーフトーン画像の対応画
素の値を決定する、というステップを含み、前記ディザ
ーマトリクスの前記各パターンの生成時に、前記プリン
タにより印刷される前記シンボルのモデルに依存してそ
の各パターン中の前記各要素の値が決定されて、前記デ
ィザーマトリクスが形成される、ということを特徴とす
る、前記ハーフトーン画像生成方法。
【００６２】２．前記画像が白黒である、前項１記載の
ハーフトーン画像生成方法。
【００６３】３．前記画像がカラーである、前項１記載
のハーフトーン画像生成方法。
【００６４】４．前記プリンタにより印刷される前記シ
ンボルの前記モデルが円である、前項１記載のハーフト
ーン画像生成方法。
【００６５】５．前記プリンタにより印刷される前記シ
ンボルの前記モデルが確率関数である、前項１記載のハ
ーフトーン画像生成方法。
【００６６】６．前記プリンタにより印刷される前記シ
ンボルの前記モデルが、印刷される前記シンボルのディ
ジタル化表現である、前項１記載のハーフトーン画像生
成方法。
【００６７】７．前記ディザーマトリクスが、複数の要
素を有する中間パターンを生成し、その各要素が最大値
または最小値を有し、その各要素の値が前記シンボルの
前記モデルによって決まり、前記最大値を有する前記要
素が前記中間パターン中に実質的に均一に分布されてお
り、複数の別のパターンを生成し、その各パターン中の
前記最大値を有する要素の数が前記中間パターンとは異
なっており、前記中間パターンと前記の複数の別のパタ
ーンとを加算して前記ディザーマトリクスを得る、とい
うステップにより構成される、前項１記載のハーフトー
ン画像生成方法。
【００６８】８．前記「複数の別のパターンを生成す
る」ステップが、前記中間パターンよりも前記最大値を
有する前記要素の数が少ない前記ディザーマトリクスの
パターンを生成し、前記中間パターンよりも前記最小値
を有する前記要素の数が少ない前記ディザーマトリクス
のパターンを生成する、というステップを更に含む、前
項７記載のハーフトーン画像生成方法。
【００６９】９．前記「中間パターンを生成する」ステ
ップが、ランダムに分布された最大値および最小値の要
素を有するランダムパターンを、前記中間パターンのた
めの開始値として使用し、前記中間パターンをダミーパ
ターン中にコピーし、前記シンボルの前記モデルにより
前記ダミーパターン中の要素の値を修正し、前記ダミー
パターンをフィルタによりフィルタリングし、そのフィ
ルタリングされた出力から、最も大きな値を有する要素
を有する位置を最大位置として識別し、最も小さな値を
有する要素を有する位置を最小位置として識別し、前記
中間パターンの前記最大位置および前記最小位置におけ
る要素を交換し、前記中間パターンが平衡状態に達する
まで、前記「前記中間パターンをダミーパターン中にコ
ピーする」ステップ以降を繰り返す、というステップを
更に含む、前項７記載のハーフトーン画像生成方法。
【００７０】１０．前記フィルタリングされた出力にお
ける前記の最も大きな値と前記の最も小さな値との差が
それ以上のフィルタリングを行っても実質的に一定のま
まとなる際に、前記中間パターンが前記平衡状態に達す
る、前項９記載のハーフトーン画像生成方法。
【００７１】１１．前記「前記中間パターンよりも前記
最大値を有する前記要素の数が少ない前記ディザーマト
リクスのパターンを生成する」ステップが、前記中間パ
ターンをダミーパターン中にコピーし、前記シンボルの
前記モデルにより前記ダミーパターン中の要素の値を修
正し、前記ダミーパターン中の要素の値から開始和を生
成し、前記ダミーパターンをフィルタによりフィルタリ
ングし、そのフィルタリングされた出力から、最も大き
な値を有する要素を有する位置を最大位置として識別
し、前記中間パターンの前記最大位置の要素の値を前記
最小値で置換し、前記中間パターンを前記ダミーパター
ン中にコピーし、前記シンボルの前記モデルにより前記
ダミーパターン中の要素の値を修正し、前記ダミーパタ
ーン中の要素の値から終了和を生成し、前記開始和と前
記終了和との差が量子化数以下になるまで前記「前記ダ
ミーパターンをフィルタによりフィルタリングする」ス
テップ以降を繰り返して、前記ディザーマトリクスの１
つのパターンを生成し、前記終了和に等しく前記開始和
を設定し、前記終了和が量子化数以下になるまで前記
「前記ダミーパターンをフィルタによりフィルタリング
する」ステップ以降を繰り返す、というステップを更に
含む、前項８記載のハーフトーン画像生成方法。
【００７２】１２．前記「前記中間パターンよりも前記
最小値を有する前記要素の数が少ない前記ディザーマト
リクスのパターンを生成する」ステップが、前記中間パ
ターンをダミーパターン中にコピーし、前記シンボルの
前記モデルにより前記ダミーパターン中の要素の値を修
正し、前記ダミーパターン中の要素の値から開始和を生
成し、前記ダミーパターンをフィルタによりフィルタリ
ングし、そのフィルタリングされた出力から、最も小さ
な値を有する要素を有する位置を最小位置として識別
し、前記中間パターンの前記最小位置の要素の値を前記
最大値で置換し、前記中間パターンを前記ダミーパター
ン中にコピーし、前記シンボルの前記モデルにより前記
ダミーパターン中の要素の値を修正し、前記ダミーパタ
ーン中の要素の値から終了和を生成し、前記開始和と前
記終了和との差が量子化数以下になるまで前記「前記ダ
ミーパターンをフィルタによりフィルタリングする」ス
テップ以降を繰り返して、前記ディザーマトリクスの１
つのパターンを生成し、前記終了和に等しく前記開始和
を設定し、前記終了和が（（ディザーマトリクスのパタ
ーンの総数−１）×量子化数）以上になるまで前記「前
記ダミーパターンをフィルタによりフィルタリングす
る」ステップ以降を繰り返す、というステップを更に含
む、前項８記載のハーフトーン画像生成方法。
【００７３】１３．前記ディザーマトリクスがｎ×ｍの
要素を有し、前記ディザーマトリクスがｐのパターンを
有し、前記各要素が「１」および「０」から選択される
値を有し、１つのパターンとその次のパターンとの間で
の「１」に等しい値を有する要素の数の差が、（ｍ×
ｎ）／（ｐ−１）によって決まる、前項１記載のハーフ
トーン画像生成方法。
【００７４】１４．前記ディザーマトリクスがｎ×ｍの
要素を有し、前記ディザーマトリクスがｐのパターンを
有し、前記各要素が「１」および「０」から選択される
値を有し、１つのパターンとその次のパターンとの間で
の「１」に等しい値を有する要素の数の差が、１／（ｐ
−１）によって決まる、前項１記載のハーフトーン画像
生成方法。
【００７５】１５．ディザーマトリクスを使用してプリ
ンタによりグレースケール画像からハーフトーン画像を
印刷する方法であって、前記ハーフトーン画像および前
記グレースケール画像が共に複数の画素を有し、前記デ
ィザーマトリクスが、複数のパターンにより生成される
複数の要素を有し、その各パターンもまた複数の要素を
有し、前記各要素が値を１つずつ有し、前記方法が、前
記プリンタにより印刷されるシンボルを表すモデルを選
択し、前記ディザーマトリクスの前記各パターンの生成
時に前記モデルによりその各パターン中の各要素の値を
決定して前記ディザーマトリクスを形成し、前記グレー
スケール画像の前記各画素毎に、その画素の値を前記デ
ィザーマトリクス中の前記各要素の値と比較し、その比
較結果に基づいて、前記ハーフトーン画像の対応画素の
値を決定し、前記ハーフトーン画像の前記画素の決定値
に基づいて前記プリンタにより前記ハーフトーン画像を
印刷する、というステップを含む、前記ハーフトーン画
像印刷方法。
【００７６】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、膨
大量の計算を必要とすることなく線形の階調反射率を有
するハーフトーン画像をグレースケール画像から生成す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のハーフトーン画像パターンを示す説明図
である。
【図２】本発明により生成されるハーフトーン画像パタ
ーンを示す説明図である。
【図３】従来のハーフトーン画像のグレーランプを示す
説明図である。
【図４】従来のグレーランプの階調反射率曲線を示すグ
ラフである。
【図５】グレースケール画像を本発明のハーフトーン画
像に変換するコンピュータ装置を示す説明図である。
【図６】グレースケール画像をハーフトーン画像に変換
するための本発明の好適なディザーマトリクスを示す説
明図である。
【図７】本発明の好適なディザーマトリクスの一部を示
す説明図である。
【図８】本発明により使用される好適なシンボルのモデ
ルを示す説明図である。
【図９】本発明のディザーマトリクスを生成するための
好適ステップを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の中間パターンの一例を示す説明図で
ある。
【図１１】中間パターン300の生成ステップを一層詳細
に示すフローチャートである。
【図１２】本発明により印刷されるシンボルのモデルと
して円を示す第１説明図である。
【図１３】本発明により印刷されるシンボルのモデルと
して円を示す第２説明図である。
【図１４】本発明により印刷されるシンボルのモデルと
して確率プロファイルを示す説明図である。
【図１５】本発明により印刷されるシンボルのモデルと
してビットマップを示す説明図である。
【図１６】フィルタリング回数の関数としてフィルタリ
ングされた出力の曲線を示すグラフである。
【図１７】中間パターンよりも少数の「１」を有する本
発明のディザーマトリクスのパターンを生成するステッ
プを示すフローチャートである。
【図１８】中間パターンよりも少数の「０」を有する本
発明のディザーマトリクスのパターンを生成するステッ
プを示すフローチャートである。
【図１９】本発明により生成されるハーフトーン画像の
階調反射率のグラフである。
【符号の説明】
100 コンピュータ装置 102 グレースケール画像 104 ハーフトーン画像 105 プリンタ 110 ディザーマトリクス 112 領域 114 グレースケール画像画素 116 ハーフトーン画像画素 118 要素 130,140,160 パターン 175 円（印刷シンボルのモデル） 300 中間パターン
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9191−5Ｌ Ｇ０６Ｆ 15/68 ３２０ Ａ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディザーマトリクスによってグレースケー
    ル画像からハーフトーン画像を生成する方法であって、 プリンタにより印刷されるシンボルによって前記ハーフ
    トーン画像が表され、 前記ハーフトーン画像と前記グレースケール画像と前記
    ディザーマトリクスとがそれぞれ領域を１つずつ占有
    し、それら３つの領域が互いに実質的に等しく、 前記ハーフトーン画像と前記グレースケール画像とがそ
    れぞれ複数の画素を有し、その各画素が値を１つずつ有
    し、 前記ディザーマトリクスが、複数のパターンにより生成
    される複数の要素を有し、その各パターンもまた複数の
    要素を有し、前記各パターン中の前記各要素が前記ディ
    ザーマトリクスの前記領域中の位置を１つずつ占有し、
    前記各要素が値を１つずつ有し、 前記方法が、 前記グレースケール画像の前記各画素の値を前記ディザ
    ーマトリクス中の前記要素の値と比較し、その比較結果
    に基づいて前記ハーフトーン画像の対応画素の値を決定
    する、というステップを含み、 前記ディザーマトリクスの前記各パターンの生成時に、
    前記プリンタにより印刷される前記シンボルのモデルに
    依存してその各パターン中の前記各要素の値が決定され
    て、前記ディザーマトリクスが形成される、 ということを特徴とする、前記ハーフトーン画像生成方
    法。
JP6093398A 1993-05-03 1994-05-02 印刷シンボルのモデル化を用いたハーフトーン画像生成方法 Pending JPH0774950A (ja)

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