JPH08101912A - 拡張された分配セットを有するグレイ・レベル画素データを量子化する方法 - Google Patents

拡張された分配セットを有するグレイ・レベル画素データを量子化する方法

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JPH08101912A
JPH08101912A JP6306426A JP30642694A JPH08101912A JP H08101912 A JPH08101912 A JP H08101912A JP 6306426 A JP6306426 A JP 6306426A JP 30642694 A JP30642694 A JP 30642694A JP H08101912 A JPH08101912 A JP H08101912A
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JP6306426A
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Jeng-Nan Shiau
ジェン−ナン・シァウ
Zhigang Fan
ツィガン・ファン
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Xerox Corp
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    • H04N1/00Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/40Picture signal circuits
    • H04N1/405Halftoning, i.e. converting the picture signal of a continuous-tone original into a corresponding signal showing only two levels
    • H04N1/4051Halftoning, 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】誤差拡散を行った場合に生じる不自然さを減ら
す誤差拡散技術を使用した、グレイ・スケール画素値か
らレベル数が減らされた画素値への画像の変換方法を提
供する。 【構成】各画素が画像内の位置におけるその画像の光学
的濃度を表し、元の光学的濃度値のセットの一つから選
択されたそれに関連した元の光学的濃度値を有し、光学
的濃度値の所望の出力セットより多い数の項を有する複
数の画素から形成される画素値を量子化する方法。各画
素に先の画素の量子化から生じた誤差を加算して、修正
された光学的濃度値を導出するステップと、走査線lに
おけるn番目の画素(n,l) の修正された光学的濃度値を
閾値と比較して画素を表す出力値を選択し;出力値と修
正された光学的濃度値の間の差である誤差項を決定し;
誤差項の重み付けられた部分を、位置(n+1,l),(n-3,l+
1),(n-2,l+1),(n-1,l+1),(n,l+1) における画素を含む
予め選択された複数の画素に分配する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誤差拡散を行った場合
に通常見られる目につく不自然さを減らす誤差拡散技術
を使用した、グレイ・スケール画素値からレベル数が減
らされた画素値への画像の変換に関する。
【0002】
【従来の技術】グレイ濃度を保存しようと試みるグレイ
画像を2進数或いは他のレベル数の画像に変換するアル
ゴリズムは存在しており、それらの中には、たとえば、
フロイド(Floyd)及びスタインバーグ(Stei
nberg)による”空間グレイ・スケールのための適
合アルゴリズム(An Adaptive Algor
ithm for Spatial Greyscal
e)”,SID会報(Proceeding of t
he SID)17/2,75−77(1976)(以
下、”フロイド及びスタインバーグ”と呼ぶ)で教示さ
れているような誤差拡散が含まれている。フロイド及び
スタインバーグの方法は、走査線lにおけるn番目の画
素(すなわち、画素n,l)の量子化において決定され
た誤差を、画素{(n+1,l),(n−1,l+
1),(n,l+1),(n+1,l+1)}に対応す
る画素位置における画素を含むマトリックスに分配する
ことを提案している。この方式に従った分配重み付け
は、{(n+1,l)=0.4375,(n−1,l+
1)=0.1875,(n,l+1)=0.3125,
(n+1,l+1)=0.0625}、或いは、クリハ
ラに付与された米国特許第4,733,230号(図1
参照)で教示されているような、コンピュータ計算用に
近似された{(n+1,l)=0.5,(n−1,l+
1)=0.125,(n,l+1)=0.25,(n+
1,l+1)=0.125}のセットにより与えられ
る。
【0003】フロイド及びスタインバーグにより教示さ
れた誤差拡散アルゴリズムへの付加的な修正が提案され
ており、それは、たとえば、異なった重み付けマトリッ
クスであり、たとえば、ジャービス(Jarvis)ら
による”バイレベル・ディスプレイ上の連続トーン画像
のディスプレイのための技術調査(A Surveyo
f Techniques for the Disp
lay of Continuous Tone Pi
ctures on Bilevel Display
s)”,「コンピュータグラフィックス及び画像処理
(Computer Graphics and Im
age Processing)」,Vol.5,p
p.13−40(1976)、及び、スタッキ(Stu
cki)による”バイレベル画像ハードコピー複製のた
めのMECCA−A多重エラー補正演算アルゴリズム
(MECCA−A Multiple−Error C
orrection Computation Alg
orithm for Bi−Level Image
Hardcopy Reproduction)”,
IBM Res.Rep.RZ1060(1981)で
教示されているようなものである。拡張された分配セッ
トは、エッジが過剰に強調され、更なる計算が必要であ
り、また、中間調領域において強い木目の方向性が生じ
るが、これらを犠牲にしてウォーム(worm)を減少
させるために協力する。誤差計算及び重み割り当ての修
正は、たとえば、Kurosawa他に付与された米国
特許第4,924,322号、Kannoに付与された
米国特許第5,077,812号、Templeに付与
された米国特許第4,339,774号、及び、ユーリ
ッチネー(Ulichney)に付与された米国特許第
4,955,065号で教示されている。
【0004】誤差拡散は、画素毎の処理に基づいてグレ
イ画素から2進数或いは他のレベルの画素への変換を行
うことによりグレイを維持しようとするものである。こ
の手続きは、各画素を閾値に関して検査し、グレイ・レ
ベル画素値と閾値の間の差は、次いで重み付け方式に従
って隣接する画素の選択されたグループに送られる。こ
のように訂正された画像の画素は、次いで処理部に入力
されると考えられる。このようにして、計算された誤差
は先に生じた全ての誤差を含んでいる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】誤差拡散技術を使用し
た画像の見かけにおける小さな変化を表すに際し、表す
べき変化のためには、むしろ画像の大きな領域が必要で
ある。このように、誤差拡散は、画像全体にわたってグ
レイを維持するためには有効であるが、誤差補正を効率
的に行うためには、むしろ画像の広い領域が必要であ
る。このような領域全体にわたって、誤差の分配に特有
の、好ましくない木目や長い範囲のパターンが生じるお
それがある。これらは、しばしばウォーム(worm)
と呼ばれる。このような不自然さは、フロイド及びスタ
インバーグにより提案された元の係数セットにより生成
された画像のハイライト及びシャドー領域に特に現れ
る。
【0006】”誤差拡散重み付けの単純補正(A Si
mple Modification of Erro
r Diffusion Weights)”,IS&
T’s 46th Annual Conferenc
e(May 9−15,1993)において、本出願の
発明者の一人が、ウォームの発生は、画素(n,l)と
画素(n−1,l+1)により規定される対角線の方向
を超えた誤差分配の不足の結果であることを提案した。
(n−2,l+1)への付加された分配は、(n+1,
l+1)への分配の除去と組み合わされた。
【0007】本発明によれば、画素{(n+1,l),
(n−2,l+1),(n−1,l+1),(n,l+
1)}に対応する画素位置における画素を含むマトリッ
クスに誤差拡散を行う、走査線lにおけるn番目の画素
(すなわち、画素n,l)の量子化のための方法及び装
置が提供される。分配重み付けは、{(n+1,l)=
0.5,(n−2,l+1)=0.125,(n−1,
l+1)=0.125,(n,l+1)=0.25}の
方式に従うことができる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、画素の
値が入力レベルの比較的大きな数の一つを有しているグ
レイ画素値が、比較的小さな数の値の一つに変換するた
めの誤差拡散量子化処理を通して導かれる。グレイ・レ
ベル・データの各画素は、先に処理された画素からの対
応して重み付けられた誤差訂正項により修正され、修正
された画素値が生成される。この修正された画素値は一
組の閾値のセットと比較され、比較結果により出力が制
限された数の出力レベルの一つになることが決定され
る。修正された画素値と出力画素値の間の差の値は、隣
接する未処理画素の一組のセットを含むマトリックスを
通して重み付けられた分配方式に従って分配され、修正
された画素値として参照されるこのような画素のグレイ
値を増加或いは減少させる。走査線lにおけるn番目の
画素(すなわち、画素n,l)に対しては、画素{(n
+1,l),(n−2,l+1),(n−1,l+
1),(n,l+1)}に対応する画素位置における画
素を含むマトリックスである。分配重み付けは、{(n
+1,l)=0.5,(n−2,l+1)=0.12
5,(n−1,l+1)=0.125,(n,l+1)
=0.25}の方式に従うことができる。
【0009】本発明の他の観点によれば、マトリックス
が画素{(n+1,l),(n−3,l+1),(n−
2,l+1),(n−1,l+1),(n,l+1)}
に対応する画素位置における画素を含むときに、改善さ
れた結果が得られる。分配重み付けは、{(n+1,
l)=0.5,(n−3,l+1)=0.0625,
(n−2,l+1)=0.0625,(n−1,l+
1)=0.125,(n,l+1)=0.25}の方式
に従うことができる。これらの値は、特にデジタル処理
を行うとき及びハードウェアで実施するときに有用であ
る。
【0010】
【作用】フロイド及びスタインバーグの拡散セット及び
係数においては、ウォームは、画素(n,l)と画素
(n−1,l+1)により規定される対角線の方向を超
えた誤差拡散の不足により生成される。ジャービス及び
スタッキにより表された大きな近傍に比較的少なく重み
付けることが、加算された重みの残りが副作用を生じる
が、ウォームを減少させることに寄与することが発見さ
れている。更に、従来の誤差分配隣接は、n,l画素と
n,l+1画素を通る軸に関して対称分配を維持しよう
とした。なぜなら、明らかにそれらは誤差分配を静的に
とらえているからである。本発明は、画素(n−2,l
+1)或いは画素(n−3,l+1)及び(n−2,l
+1)に対して45度の対角線を超えて通過する誤差を
加算する。この効果は、画素(n+1,l+1)の方向
に通過する誤差の除去と組み合わされる。誤差分配セッ
トを非対称隣接に設定することにより、振る舞い或いは
誤差の移行通過は動的であることが認められる。したが
って、新しい重みは非対称であるが、それらは、n,l
画素とn,l+1画素を通る軸に関してより均等に誤差
を伝える。
【0011】
【実施例】図1は、誤差拡散重み付け分配のための従来
技術のマトリックスを示す。
【0012】図2は、本発明の一つの実施態様を実現す
るための基本的なシステムのブロック図である。
【0013】図3A及び図3Bは、本発明に従った二つ
の誤差拡散マトリックスを示す。
【0014】ここで本発明の好適な実施態様を説明する
目的で示されているが本発明を制限するものではない図
面を参照すると、本発明を実現するための基本的なシス
テムが、図2に示されている。このケースにおいては、
画像入力8からのグレイ・レベル画像データは、各画素
がレベルの一組のセット内の単一レベルで規定され、そ
のセット内の項の数が所望のものより多い画像データと
して特徴付けられている。各画素は、以下に説明する方
法で処理され、一組の新しい、より小さいレベルのセッ
トによって各画素を再規定する。ここで、カラー・デー
タは、独立に取り扱うことができる独立したチャネルの
数により表すことができ、或いは、カラー・データは、
たとえば、閾値処理、誤差計算及び訂正のベクトル動作
を行わせることができる、RGB,CIELab等の予
め規定された色空間においてベクトル的なデータとして
表すことができる。この方法の一つの一般的なケース
は、印刷或いは他の表示技術のための、一組の比較的大
きな値のセットから一組のより小さな値のセットへのデ
ータの変換を含んでいる。
【0015】以下説明されるように、処理されるべき形
式の入力画像は、各ラインがN個のグレイ値画素を含ん
でいるL本のラインのアレイに配列された一連のグレイ
値(グレイ・レベル画素)により表すことができる。こ
こで使用されるように、In. l は、位置n,lにおける
画像内の特定の画素で、その画素のグレイ値或いは強度
レベルとして参照される。グレイ値は、0から255ま
での範囲に存する一つの例により整数として典型的に表
されているが、より大きな或いはより少ない数のレベル
も可能である。出力画像は、各画素がデジタル・プリン
タにより印刷される出力ドット或いは要素に対応する複
数の画素からなると考えられる。ここで考えられている
一つの実施態様においては、画像データは256レベル
で導出されており、本発明の方法を使用して5レベルの
中の一つへの量子化される。次いで、パルス幅変調が使
用され、画像データの5レベルが、2進数出力を有する
静電写真或いは電子写真レーザー印刷装置で印刷するの
に適した2進数出力に変換される。静電写真或いは電子
写真レーザー印刷装置においては、誤差拡散を使用して
通常生成された単一の小さなドットは良好に再生されな
い。画像データの5レベルを2進数出力に変換するパル
ス幅変調方法を使用することにより、良好な印刷出力が
得られるように画素を集めてかたまりにすることができ
る。一般的なディザを含む、隣接画素の値を考慮した、
画像データの5レベルを2進数レベルに量子化する他の
方法が、プリンタ出力値の一組のセットを生成するため
に使用されることがあり、そこでは、好適な実施態様に
おいてセット内の項の数は2である。勿論、特に印刷ド
ットを良好に再生することができる、表示技術及びイン
ク・ジェット印刷のような印刷技術においては、本発明
はそのような付加的な量子化ステップから独立した値を
有している。
【0016】図2を参照すると、何らかのグレイ・レベ
ル画像データ源とすることができる画像入力8は、入力
画像Iを1画素毎の処理に基づいてシステムに導入す
る。各入力画素は、加算器10において入力値In.l
加算された対応する誤差値εn. l を有しており、このε
n.l は先の画素の誤差値の和であり、修正された画像と
なり、修正された画素値により表され、バッファ12で
一時的に緩衝される。入力値と先の画素の誤差値の和
(In.l +εn.l )である修正された画像は、閾値比較
器14に送られる。修正された画像データは閾値Tと比
較され、画素In.lに対する適切な出力レベルBn.l
決定される。適用された閾値は、画像を通して一定とす
ることができ、或いは、ランダムに或いは、ビロテット
−ホフマン及びブライングダール(Billotet−
Hoffmann及びBryngdahl)による”電
子ハーフトーン化のための誤差拡散技術に関して(On
Error Diffusion Techniqu
e for Electronic Halftoni
ng)”,SID会報(Proceeding oft
he SID),Vol.24/3,,(1983),
pp.253−258で教示されたように、RAMメモ
リに格納されたディザ・パターンに従って、或いは、エ
ッシュバッハ(Eschbach)へ付与された米国特
許第5,045,952号の入力情報や、レビーン(L
evien)に付与された米国特許第5,055,94
2号に記載されているような出力情報に従って、或い
は、他の所定の変化に従って、変えることもできる。一
旦出力レベルBn,l が決定され、ライン18に沿った出
力への結果として生じる転送のための出力画像蓄積装置
16に導かれると、Bn,l の値は修正された画像値(I
n,l +εn,l )から減算され、量子化画素(In,l +ε
n,l )から量子化誤差レベルεm を生成する。減算動作
は、符号変更ブロック20及び後続する加算器22によ
り表され、εm は修正された画像値(In,l +εn,l
と画素In,l にする出力値Bn,l の差を表す。誤差項ε
m は、次いで分配される。走査線lにおけるn番目の画
素(すなわち、画素n,l)に対しては、図3に示され
るような分配マトリックスは、画素{(n+1,l),
(n−2,l+1),(n−1,l+1),(n,l+
1)}に対応する画素位置における画素を含んでいる。
分配重み付けは、{(n+1,l)=0.5,(n−
2,l+1)=0.125,(n−1,l+1)=0.
125,(n,l+1)=0.25}の方式に従うこと
ができる。第2の実施態様においては、マトリックスが
画素{(n+1,l),(n−3,l+1),(n−
2,l+1),(n−1,l+1),(n,l+1)}
に対応する画素位置における画素を含むときに、改善さ
れた結果が得られる。分配重み付けは、{(n+1,
l)=0.5,(n−3,l+1)=0.0625,
(n−2,l+1)=0.0625,(n−1,l+
1)=0.125,(n,l+1)=0.25}の方式
に従うことができる。
【0017】再度図2を参照すると、本発明が幾分か異
なって図示されており、処理されるべき単一の画素n,
lに対する誤差の寄与を示している。図3Bの誤差送り
構成が説明される。従って、誤差εm は、最初に過去誤
差バッファ24に格納される。過去誤差バッファ24か
ら、誤差εm はシフト・レジスタ26に導かれ、ここで
誤差を表す2進数の値を、0.5の乗算に対応する位置
の数だけシフトする。結果として得られた誤差の寄与
は、加算器28に導かれる。誤差εm の走査線は、誤差
RAM30に一時的に格納される。適切な時間に、加算
器10において通過する画素に分配するのに適当な走査
線l−1からの誤差が、RAM30から過去誤差バッフ
ァ32にロードされ、各画素が加算器10にシフトされ
るのと同じクロックでシフトされ、過去誤差バッファ3
4、36及び38に与えられる。加算器28において、
画素n,lに対して画素(n,l−1),(n+1,l
−1),(n+2,l−1),(n+3,l−1)の評
価からの誤差が(n−1,l)からの誤差に加算されて
誤差εn,l が導出されるように、画素からεn,l への寄
与を表すこれらの過去誤差バッファのそれぞれに格納さ
れた誤差εm の重み付けられた部分は加算される。
【0018】それぞれ、過去誤差バッファ32、34、
36及び38に対応するシフト・レジスタ40、42、
44及び46は、誤差を表す2進数の値を、それぞれ
0.0625、0.0625、0.125及び0.25
の乗算に対応する位置の数だけシフトするビット・シフ
ト構成を提供するために利用することができる。
【0019】図3Aの分配セットは、過去誤差バッファ
32及び対応するシフト・レジスタ40を取り除くこと
ができ、0.125による乗算を行うためにシフト・レ
ジスタ42が変更されることを除いて概して同様な方法
で実施される。
【0020】本発明は、ソフトウェア、ハードウェア、
或いはソフトウェアとハードウェアの組み合わせによる
実施のいずれによっても達成することができることが理
解できることは疑いもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 誤差拡散重み付け分配のための従来技術のマ
トリックスを示す。
【図2】 本発明の一つの実施態様を実現するための基
本的なシステムのブロック図である。
【図3】 A及びBは本発明に従った二つの誤差拡散マ
トリックスを示す。
【符号の説明】
8 画像入力、10 加算器、12 バッファ、14
閾値比較器、16 出力画像蓄積装置、18 ライン、
20 符号変換ブロック、22 加算器、24過去誤差
バッファ、26 シフト・レジスタ、28 加算器、3
0 誤差RAM、32,34,36,38 過去誤差バ
ッファ、40,42,44,46 シフト・レジスタ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年12月21日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図3】
【図2】
フロントページの続き (72)発明者 ツィガン・ファン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウエブスター ヨークタウンドライブ 153

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像が複数の画素から形成される、画素
    値を量子化する方法であって、各画素が画像内の位置に
    おけるその画像の光学的濃度を表し、元の光学的濃度値
    のセットの一つから選択されたそれに関連した元の光学
    的濃度値を有し、光学的濃度値の所望の出力セットより
    多い数の項を有する、次のステップを含む方法:もしあ
    れば、各画素に先の画素の量子化から生じた誤差を加算
    して、修正された光学的濃度値を導出するステップと、 走査線lにおけるn番目の画素(n,l)の修正された
    光学的濃度値を閾値と比較して画素を表す出力値を選択
    するステップと、 出力値と修正された光学的濃度値の間の差である誤差項
    を決定するステップと、 誤差項の重み付けられた部分を、位置(n+1,l),
    (n−3,l+1),(n−2,l+1),(n−1,
    l+1),(n,l+1)における画素を含む予め選択
    された複数の画素に分配するステップ。
  2. 【請求項2】 各重み付けられた部分の重み付けが、
    (n+1,l)=0.5,(n−3,l+1)=0.0
    625,(n−2,l+1)=0.0625,(n−
    1,l+1)=0.125,(n,l+1)=0.25
    に対応している請求項1に記載の方法。
JP6306426A 1993-12-15 1994-12-09 拡張された分配セットを有するグレイ・レベル画素データを量子化する方法 Pending JPH08101912A (ja)

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