JPS62188517A - パルス幅変調方式 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明はＮ分のｌのパルス幅変調方式に関する。

［従来の技術］ 従来、中間調画像を含む画像を二値化する方法として閾
値マトリックスを用いた例えばディザ法、　ｔｆＡ度パ
ターン法等がよく知られている。

このような二値化に替わるものとして、本出願人より所
定のパターンをもつ周期性パターン信号と画像信号とを
比較してパルス幅変調により二値化するという手法が提
案されている。しかし、この方法で二値化した場合でも
、文字、線画に対してエツジ部分が切れ切れになり、解
像度が悪化し画質が劣化するという問題がある。一方、
このような問題に対して、文字画像と中間調画像との混
右画像に対してはそのエツジ部分を像域分前により切出
して、エツジ部分には前記パターン信号の周期を密にし
て、エツジ部分の解像度劣化を防止するという手法が提
案されている。

ところで、この解像度劣化防止のためのパターン信号の
周期を変えるという上記の手法は極めて効果的であるが
、第２図にも示したように周期を変えるとパターン信号
の振幅が変化してしまうという欠点をもっている。即ち
、第２図ではＶＡ□、ＮとＶ　ＡＭＡＸは画像信号の取
り得る最大振幅を示す。

パターン信号（第２図の例では三角波を用いている）は
例えば中間調画像に対しては実線で示した粗い周波数の
パターン信号を用い、エツジ部分に対しては破線で示し
た密な周波数のパターン信号を用いる。すると容易に分
るように、パターン信号の振幅を中間調画像をよく二値
化するように調整すると、エツジ画像に対するパターン
信号（破線部分）の振幅が下がってしまうために、もは
や正常な二値化は望めない。これは、特に画調（画像信
号の特性又は性質を言う）が色々に変化するような画像
ではパターン信号の周期を色々と変えなくてはならぬた
めに、顕著な問題となる。

同一振幅で異なる周期の所定パターンをもつ複数のアナ
ログ信号を簡易な回路で作る事は一般的に困難である。

従って、上記問題点を克服する手段として最初から同一
振幅で異なる周期のパターン信号を作っておき、画調に
応じて１つの周期を選択する事も考えられる。しかしな
がら、この手法では周期別にアナログ回路を設けなくて
はならず、又そのための調整も煩雑であり、なによりも
回路の汎用性、拡張性に欠けていた。

又、上記の画像処理分野における二値化の問題はそのま
まパルス幅変調分野の技術が内在する問題点でもある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述の従来技術の欠点に鑑みてなされたもので
その目的は、簡単な構成でありながら、任意のＮ値パル
ス幅変調値を得ることができるパルス幅変調方式を提案
する所にある。

［問題点を解決するための手段］ 上記課題を達成するために例えば第１図に示す実施例の
パルス幅変調方式は、Ｎ＝３の場合において、互いに同
一のパターンを有し、かつ位相が互いに１周期の３分の
１だけずれた変調信号（１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ
）と、パルス幅変調対象の入力信号１００の絶対値を３
分の１に下げる低値化部１０５と、絶対値３分の１の入
力信号１０５ａを、変調信号（１０１ａ、１０２ａ、１
０３ａ）の夫々を閾値として比較して夫々の二値出力を
得る３個のコンパレータ（１０１，１０２，１０３）と
、コンパレータ（１０１，１０２，１０３）からの３個
の二値出力（１０１ｂ。

１０２ｂ、１０３ｂ）の論理和である論理和二値出力１
０４ａを得るＯＲゲート１０４とを備える。

［作用］ 以上の構成により、入力信号１００のＮ値のパルス幅変
調を行うときは前記ＯＲゲート１０４の出力１０４ａを
Ｎ値パルス幅変調値とする。

［実施例］ 以下添付図面を参照しつつ本発明に係る実施例を更に詳
細に説明する。

〈実施例の原理〉 本発明は周期性のあるパターン信号であれば本質的に成
り立つものであるが、以下に説明する原理は便宜上、三
角波について行う。

第３図（Ａ）の三角波ａとアナログ画像データＩＭ（ｂ
）と比較して２値化すると同図の出力Ｃが得られる。と
ころで三角波ａとアナログ画像データＩＭ（ｂ）の電圧
レベルを夫々１／２にしたものが第３図（Ｂ）に示す三
角波ｄとアナログ画像データＩＭ（ｅ）である。三角波
ｄで画像データＩＭ（ｅ）を２値化すると、第３図（Ｂ
）のｆとなり、簡単な計算かられかるようにＣとｆとは
全く同じである。以上の事から次の命題が得られる。

く命題１〉 ある周期性信号の三角波により、ある多値信号をパルス
幅変調にて二値化した結果は、その三角波の振幅を１７
Ｎにしてその多値信号の振幅も１／Ｎにしたときの二値
結果と同じものが得られる。

第３図（Ｃ）はその簡単な証明の図で、元の三角波をＯ
ＡＢ、パルス幅変調される元の信号をＯＸとする。Ｐ点
は線分ＡＢと信号ＯＸとの交点で、点２はＰ点の二値変
化点である。今、三角波ＯＡＢの振幅をＮ分の１にして
、三角波ＯＡ’Ｂを得る。線分Ａ’　Ｂと線分ＰＺとの
交点をＰ′とすれば三角波の相似により、ＡＹ：Ａ’　
ｙ＝ｐｚ：Ｐ’Ｚ＝Ｎである。従って、直線Ｏｘ′は直
線Ｏｘの傾きがＮ分の１の直線である。即ち、Ｎ分の１
にしても、二値化の結果は変わらない事になる。

第４図に基づいて説明する。三角波ａ（第３図（Ａ））
の１／２の周波数（即ち、２倍の周期）を持つ三角波ｇ
と、三角波ｇに対し位相が半周期（１８０°）ずれてい
る三角波りに注目する。図から明らかなように、第４図
の三角波ｇ、ｈから合成した三角波は第３図の三角波ｄ
に等しい。そして、ある時刻ｔにおいて、三角波ｄ（第
４図）の電圧レベルＶａ（ｔ）は三角波ｇ、ｈの時刻ｔ
における電圧Ｖヨ（ｔ）、　ｖｈ（ｔ）とは、Ｖｄ（ｔ
）＝Ｍｉｎ（Ｖｇ（ｔ）、Ｖｈ（ｔ））の関係があり、
又Ｖｄ（ｔ）の最大振幅はＶｔ（ｔ）。

Ｖｈ（ｔ）のそれの１７２である。即ち、第４図の２値
化出力ｆは三角波ｇ、ｈのうち小さい電圧レベル（Ｖａ
（ｔ））でＩＭ（ｅ）（第４図）を比較したときの２値
化出力に等しい、上記関係は結局、ｖ　、　（ｔ）　ニ
よる二値化出力は電圧Ｖ　＊（ｔ）、Ｖ　ｈ（ｔ）（７
）個々の二値化出力の論理和に等しい事を示唆している
。

即ち、第５図に示すように、三角波ｇと２分の１濃度の
画像データｘＭ（ｅ）、三角波りと画像データＩＭ（ｅ
）をそれぞれ比較し２値化すると、夫々、ｉ、ｊに示す
ような結果を得る。この２つの信号ｌ、ｊの論理和をと
ると信号ｋが得られ、この二値信号には第３図（Ａ）の
２値化出力Ｃ及び第３図（Ｂ）、第４図のｆと等しい事
がわかる。

表１ 又、表１に示す様に、２分の１　？１４度の画像データ
ＩＭ（ｅ）を、閾値である三角波ｄで２値化した時に時
間ｔにおいて、Ｍ＋ｎ（Ｖ　ｔ（ｔ）、　Ｖ　ｈＤ））
　でＩＭ（ｅ）を２値化する事になるが、その結果は三
角波ｇ、ｈで２値化した場合の出力の論理和と一致する
。即ち、前述の命題１と共に、次の命題が得られる。

く命題２〉 一般に、−周期の１／Ｎずつ位相をずらしたＮ個の三角
波により、二値化対象の信号を夫々２値化し、それらの
二値信号の論理和をとると、その結果は、振幅が１／Ｎ
で周波数がＮ倍の三角波を閾値として同じ信号を２値化
したときの結果に等しい。

故に、画像データを１／Ｎ倍して、−周期のＮ分の１ず
つ位相をずらした三角波Ｎ個で２値化して論理和をとる
と、１／Ｎの振幅でＮ倍の周波数の三角波によるＮ分の
１濃度の画像データの２値化結果と等しくなり、これは
画像データの１倍の値と振幅が１倍でＮ倍の周波数で２
値化した結果と同じになる。

この事を異なる画調を含む画像データを二値化する場合
について説明すると、１つの画像データをある周期のパ
ターン信号で二値化していて、画調が変化すると、先行
技術においてはパターン信号の周期を変える（例えば密
にする）等をしていたが、本実施例では、周期を変える
事な（まず画像データの方の濃度を変えて、その上で前
もって用意していた位相が等しくずれたところのパター
ン信号により、その濃度を変えた画像データを二値化し
て、その二値化信号の論理和をとるのである。この論理
和が結果的にはパターン信号の周期を変えた場合の二値
化結果に等しいことは前述した通りである。ここで重要
な事は、位相がずれたパターン信号を複数作る事は周期
が異なるパターン信号を複数作る事よりはるかに簡単で
ある。後述の実施例で明らかなように、位相変化はデジ
タル的に実現できるからである。又、濃度変換もルック
アップテーブル（ＬｔＪＴ）をＲＯＭ等により構成すれ
ば、高速かつ簡単に実現できる。

第６図はＮ＝３の時のもので、閾値である三角波ｒとア
ナログ画像データＩＭ（ｓ）の２値化を示す図で、ｔが
２値化結果である。又、画像データの１／３倍濃度のデ
ータＩＭ（ｑ）を三角波ｒの１／３の振幅の三角波ｐで
２値化した結果もｔに等しくなる。又、この結果は位相
が一周期の１／３ずつ違う三角波１．ｍ、ｎでＩＭ（ｑ
）を各々２値化した結果の論理和と等しいことはすでに
説明した。

補足説明すればＮ個の三角波と画像データを比較した二
値化出力のうち、どれか１つでも“１゛′の出力が得ら
れれば、即ちｔ　Ｍ（ｔ）　＞ｖ、（ｔ）　（ここで、
Ｖｓ（ｔ）：任意の三角波、の時刻ｔにおけるレベル、
ＩＭ（ｔ）：時刻ｔにおける画像データのレベルである
）であれば、“１”の出力を得た三角波のうちのどれか
に必ずＭｉｎ（Ｖ　＋（ｔ）、　Ｖ２（ｔ）。

・・・）　（三角波の数Ｎ個）が含まれているはずであ
るという事である。

〈具体化した実施例〉 第７図は本発明の実施例を示す図で、前記原理の説明の
Ｎ＝２とした場合の実施例を示す。第７図において、ま
ず図示しない画像読取装置やコンピュータ等のメモリに
蓄えられたデジタル画像データ（Ｄ−Ｉ　ＭＡＧＥ）は
、ＲＯＭ等で構成されるルックアップテーブル（ＬＵＴ
）１４に入力される。ここで画像データＤ−ＩＭＡＧＥ
は、画像のエツジ部分に対しては１／Ｎ倍される（Ｎ＝
２）。ＬＵＴ１４の出力データはＤ／Ａ変換器１に入力
されてアナログデータに変換されてコンパレータ５，６
に入力される。

コンパレータ５．６では、アナログ画像データとＴＩ、
Ｔ２とを各々比較し２値化を行なう。Ｔ１、Ｔ２は三角
波で第８図に示すように位相が１８０°異なる。尚、パ
ターン信号は簡単のため第３図に示したような三角波の
形状をもつ事とする。クロック発生回路４では、デユー
ティ比５０％：５０％のタイミングパルス（Ｓ）と反転
タイミングパルス（Ｒ３）という１８０°位相のずれた
２つのタイミングパルスを発生し、それは例えば第８図
のタイミングチャートに示したようなものであり、これ
らのタイミングパルスＳ、Ｒ３はそれぞれパターン信号
発生回路２．３に入力する。パターン信号発生回路は第
９図に示すようになっている。１２はフリップフロップ
で、そのセット端子に信号“°１”が入力されると、出
力Ｑが“１”となる。積分回路Ｒ，Ｃにより第９図の端
子Ｔの電圧レベルは略リニアーに上昇し、リセット端子
に信号１が入力されると出力Ｑは°゛Ｏ”となり、端子
Ｔの電圧は降下する。故に、パターン信号発生回路２の
セット端子に信号Ｓを、リセット端子に信号Ｒ３、そし
てパターン信号発生回路３のセット端子に信号Ｒ３、リ
セット端子に信号Ｒを夫々印加すると、パターン信号発
生回路２゜３の出力は第８図のようなパターン信号Ｔｌ
。

Ｔ２の様になり、位相が１８０°ずれたものとなる。従
って、一般的に等位相量だけずれたパターン信号を複数
作る事は第７図、第９図の場合にはＳ、ＲＳをデジタル
的に等位相だけずらせばよい事になる。

ところで、Ｄ／Ａ変換器１の出力であるアナログ画像デ
ータが第５図のＩＭ（ｅ）で表わせる場合に、コンパレ
ータ５，６で三角波Ｔｘ　　（ｇ）。

Ｔ２　　（ｈ）を閾値として、ＩＭ（ｅ）との比較を行
ない、ｉ（第７図５ａ）、ｊ　（第７図６ａ）の様な電
圧波形が出力される。ＯＲゲート７にはｉ、ｊが入力さ
れｋ（第７図の７ａ）に示す信号が出力される。この信
号ｋが結局、入力画像信号Ｄ−Ｉ　ＭＡＧＥを１／Ｎ　
（Ｎ＝２）倍せずにＤ／Ａ変換しそれを三角波ｇ（第５
図）と同じ振幅で周波数がＮ倍（Ｎ＝２）の三角波（第
３図（Ａ）のａ）で２値化した信号と等しい。即ち、画
像信号７ａ（ｋ）は二倍の周波数でパルス幅変調したも
のであり、エツジ部分の画像データをよく保存している
と考えられる。従って、セレクタ８は５ＥＬＥＣＴ信号
１０ａにより、エツジ部分を像域分離したときは、画像
信号７ａを選び、その他の場合は二値信号６ａ（５ａで
も同じである）を運ぶようにする。

又、エツジ部分以外ではＤ−Ｉ　ＭＡＧＥは？ＩＡ　度
を下げないようにするために、５ＥＬＥＣＴ信号１０ａ
をＬＵＴ１４に入力して、低濃度化を制御するようにす
る。次にこの５ＥＬＥＣＴ信号について、説明する。

５ＥＬＥＣＴ信号は一般的には像域分離信号であり、通
常Ｄ−Ｉ　ＭＡＧＥを例えばラインメモリ等に記憶して
所定の像域（画像のブロック）を抽出し、その像域にお
ける画調を演算する。そして、この像域の画調を中心画
素の画調と定義する。上記演算手法は色々あるが、例え
ば−次微分フィルタを像域の縦横にかけて、フィルタ後
の演算値から、エツジ部分か中間調部分かを判断される
。このようにして得た信号を第７図の実施例では、像域
分離信号Ａとして外部から人力する。

更に第７図の実施例では、出力装置１１の操作者の判断
をも加味できるようにして出力装置１１における再生画
像の品位を上げるために次のような構成にしている。

これは信号処理によってのみ像域判断を行うよりは、人
間の判断を一部に加えた方がより忠実な画像再生が可能
となる場合があるからである。即ち、第７図中のＡＮＤ
ゲート１３に入力する信号Ａはエツジ部分を検出する像
域分離信号で、画像読取装置又はメモリ装置等から供給
される。出力装置１１を操作するオペレータは人力され
る原稿（出力しようとする画像）が文字等の線画画像で
あるのか、又は写真等の中間調画像であるのか、はたま
たそれらの混在画像であるのかを指示する。この指示は
第７図中の画像種別信号１１ａとして中央処理装置９へ
出力される。この画像種別信号１１ａに従って、中央処
理装置９は第１０図に示したような真理値表に従って信
号Ｘ、Ｙを出力する。信号Ｘ、Ｙは第７図のゲート１３
．１０に夫々入力する。従って、第７図の如くゲート１
３に像域分離信号Ａが入力すると、ゲー１−１０の出力
である５ＥＬＥＣＴ信号１０ａは第１０図のようになる
。

出力画像が文字画像の間はＯＲゲート１ｏに“１”を出
力し、出力画像が写真画像の時はＡＮＤゲート１３とＯ
Ｒゲート１ｏに′０”を出力する。又、文字写真混在画
像の時は、ＡＮＤゲート１３に１”、ＯＲゲート１０に
“０”を出力する。この結果、文字画像が指定されると
セレクタ８及びＬＵＴ１４にＯＲゲート１０より０”が
人力され、写真画像が指定されると０”が入力され、混
在画像が指定されると像域分離信号Ａに基づきエツジ部
分で”１”、非エツジ部分で０°°がＯＲゲート１０よ
りセレクタ８及びＬＵＴ１４に人力される。

第１１図に本実施例の画像処理装置による二値化の例を
示す。第１１図の例では、画像データがエツジ部分から
中間調部分に変化した場合を示している。従って５ＥＬ
ＥＣＴ侶号１０ａが“１°。

から０゛°に変化するにつれて、ＬＵＴ１４が２／１倍
から１倍に動作状態を変えるので、画像データの（農度
は１／２倍の濃度から１倍の濃度に変化している。５Ｅ
ＬＥＣＴ信号１０ａが１′°である間は二値出カフａが
遷ばれ、“０”になると二値出力６ａが選ばれる。セレ
クタ８の出力は出力装置１１に入力されて画像形成が行
われる。出力装置１１は、−膜化されたレーザビームプ
リンタであり、二値信号８ａはレーザービームプリンタ
のドライブ信号として使用される。

尚、第１１図をみても分るように、二値画像信号８ａは
エツジ部分の解像度が向上されている。

又、本実施例の位相をずらしたパターン信号による二値
化は画像データのエツジ部分を強調する効果もある。

〈パルス幅変調一般への応用〉 以上説明した二値化は画像処理分野でのパルス幅変調に
よる二値化であったが、一般的なパルス幅変調でも、変
調周波数を変化させて二値化する事は大きな課題である
。その場合、上述したような位相のずれた変調周波数信
号を複数用意して、夫々により二値化しておき、多値の
パルス幅変調を行うときは、これら二値化出力の論理和
かそのまま多値パルス幅変調の出力となり、極めて簡単
になり、変調周波数の変更にも容易に対処でき、拡張性
に富む。

（実施例の効果） 以上説明した実施例によれば、位相の異なるＮ個三角波
で画像の１／Ｎを２値しその論理和をとる事で、その画
像をＮ倍の周波数の三角波で２値化したのと同様の効果
が得られると共に、パターン信号の周期を変える事によ
って生ずる振幅不一致という先行技術に内在する問題を
解消できる。

又、このような位相がずれた三角波は比較的に容易に実
現できるので、回路構成が簡単になり、又拡張性に富む
。さらに、Ｎ個の三角波発生回路は全く同じ回路構成の
ために調整が容易でばらつきが少なく、Ｎ倍の周波数の
三角波を作り出すよりも性能が安定するという利点があ
る。

〈他の実施例〉 さて上述した実施例ではＮ＝２であったが、Ｎ＝３以上
の場合には三角波発生回路とコンパレータ５．６を各々
Ｎ個有すれば良い事は明らかである。又、この場合、ク
ロック発生回路からは、デユーティ比１：１の信号で、
位相が一周期のＮ分の１ずつずれた信号が三角波発生回
路に供給すれば良い事は明白である。

さらにセレクタ８に入力する信号としては、Ｎ；２の信
号、Ｎ＝３の信号、Ｎ＝４の信号等を前述の実施例と同
様に作り、これらを全部入力するセレクタ８で選択する
事で、望みの周波数の三角波で２値化した場合と同等の
出力が得られる事は容易に推察できる。

更にパターン信号は三角波に限らず、正弦波又は鋸歯状
波であってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、簡単な構成であり
ながら、任意のＮ分の１のパルス幅変調値を得ることが
できるパルス幅変調方式を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の基本構成図、第２図、第３図
（Ａ）〜（Ｃ）、第４図、第５図、第６図は実施例の原
理を説明する図、第７図はより具体的な実施例の構成図
、第８図は三角波の生成タイミング図、 第９図は三角波発生回路の一例の図、 第１０図は５ＥＬＥＣＴ信号の真理値表を表わした図、 第１１図は実施例に画像データを入力したときの二値化
動作のタイミングチャートである。 図中、１・・・Ｄ／Ａ変換器、２．３・・・パターン信
号発生回路、４・・・クロック発生回路、５．６・・・
コンパレータ、？、１０．・・・ＯＲゲート、８・・・
セレクタ、９・・・中央処理装置、１１・・・出力装置
、１２・・・セットリセットフリップフロップ、１４・
・・１／Ｎ低濃度化回路、Ａ・・・像域分離信号である
。 特許出願人　　キャノン株式会社 を− 龜−３・　・、 第３図 （”Ｃ） ＯＹＺ　　　Ｂ 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎ個の変調信号であつて、互いに同一のパターンを有し
   、かつ位相が互いに１周期のＮ分の１だけずれた変調信
   号と、パルス幅変調対象の入力信号の絶対値をＮ分の１
   に下げる低値化手段と、該Ｎ分の１入力信号と前記Ｎ個
   の変調信号の夫々を閾値として比較して夫々の二値出力
   を得るＮ個の二値化手段と、該Ｎ個の二値化手段からの
   Ｎ個の二値出力の論理和である論理和二値出力を得る論
   理和手段とを備え、前記入力信号をＮ分の１周期でパル
   ス幅変調を行うときは前記論理和手段の出力をＮ分の１
   パルス幅変調値とする事を特徴とするパルス幅変調方式
   。