【手続補正書】
【提出日】平成16年12月27日(2004.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    画像形成装置および方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  入力画像データから画像の特徴を抽出する手段と、該抽出された画像特徴の切り換わり部分を検出する手段と、前記画像特徴および画像特徴の切り換わりを示す信号を発生する手段と、所定の閾値を用いて前記入力画像データを中間調処理する手段と、前記画像特徴および画像特徴の切り換わりを示す信号に応じて前記閾値を切り換える手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】  前記画像特徴および画像特徴の切り換わりを示す信号の解像度は出力解像度よりも低いことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】  入力画像データから画像のエッジ量を算出する手段と、画像エッジ部において前記エッジ量の中間レベルの割合が多くなるように変換する手段と、所定の閾値を用いて前記入力画像データを中間調処理する手段と、前記変換されたエッジ量に応じて前記閾値を切り換える手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】  前記算出されたエッジ量を膨張する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】  前記変換手段は、所定領域内のエッジ量の平均値をとることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項６】  前記エッジ量の平均値を算出する所定領域のサイズは、膨張領域のサイズ以下であることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】  前記変換手段は、所定領域内のエッジ量の合計を量子化することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項８】  前記エッジ量の合計を算出する所定領域のサイズは、膨張領域のサイズ以下であることを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
【請求項９】  前記切り替え手段は、ディザ閾値誤差拡散におけるディザ閾値マトリクスの振幅を切り換えることを特徴とする請求項１または３記載の画像形成装置。
【請求項１０】  入力画像データから画像の特徴を抽出し、該抽出された画像特徴の切り換わり部分を検出し、前記画像特徴および画像特徴の切り換わり部分に応じてディザ閾値を切り換えることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１１】  入力画像データから画像のエッジ量を算出し、画像エッジ部において前記エッジ量の中間レベルの割合が多くなるようにエッジ量を変換し、前記変換されたエッジ量に応じてディザ閾値を切り換えることを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザープリンタ、デジタル複写機、カラーレーザプリンタ、デジタルカラー複写機などに適用される画像形成装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から画像の中間調処理方法としてディザ法が一般的に用いられていた。ディザ法では複数の画素でその階調、カラー画像においてはその組合せにより色を表現する。一般的な印刷に用いられているディザ法は、粒状性に優れ、中間調画像を滑らかに表現する。
【０００３】
しかし、ディザ法では、文字・線画においてディザパターンによるジャギーが発生すると共に、網点のような印刷画像に対してモアレが発生しやすい。解像性を保ちながら階調を表現する方法として、誤差拡散法がある。誤差拡散法では原画像に忠実な解像性を得ることができ、文字画像の再現には適するが、写真部などの中間調画像は孤立のドットが分散あるいは、不規則に連結して配置され粒状性が悪く、特異なテクスチャが発生する場合がある。特に電子写真方式のプリンタでは、孤立のドットで形成されるため画像が不安定であり、濃度ムラによる粒状性の劣化やバンディングが発生しやすい。
【０００４】
そこで、画像からエッジ成分に対応する信号を抽出し、その信号レベルに応じて、ディザマトリクスを算出する画像処理装置（特公平６−１８４３９号公報を参照）、所定領域内の黒画素の分布状態から文字領域と中間調領域（写真・網点）とを識別する文字領域識別方法（特公平６−８３３６８号公報を参照）、画像のエッジ度合いに応じてディザマトリクスパターンを選択する画像処理方法（特開平９−２９４２０８号公報を参照）などが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、画像の特徴（文字領域と中間調領域）または画像のエッジ度に応じて中間調処理を切り換えている。しかし、文字領域と中間調領域に分離して中間調処理を切り換える処理方法では、２値的な切り換えを行うために、その切り換わり部分において違和感が感じられる。また、エッジ度に応じて多段階に中間調処理を切り換える処理方法においても、エッジ度が急激に変化するような画像では、エッジ度の中間レベルの割合が少ないために滑らかな切り換えが行なわれず、多段階に切り換える効果が得られない。特に、出力解像度が高解像度になるに従い、エッジ度の中間レベルの領域が狭いことによる影響はより顕著になる。したがって、出力画像上で中間調処理が滑らかに切り換わるように認識されるためには、中間レベルの領域（中間調処理の切り換わり領域）を広くする必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、画像の特徴に応じてディザ閾値を切り換える画像形成装置において、画像の特徴から得られる信号を多段階かつ滑らかに切り換えるように制御すると共に、画像特徴の切り換わり部分の領域を広くすることにより、画像の特徴の切り換わり部分において違和感のない画像を得ることができる画像形成装置および方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、画像特徴に応じてディザ閾値を切り換えることにより画像の粒状性と鮮鋭性を両立すると共に、画像特徴の切り換わり部分において違和感のない画像を得ている。
【０００８】
また、本発明では、少ないメモリ容量で、画像特徴の切り換わり領域を広くすることを実現している。
【０００９】
また、本発明では、画像のエッジ度合い（エッジ量）に応じてディザ閾値を切り換えることにより画像の粒状性と鮮鋭性を両立すると共に、画像エッジ部において違和感のない画像を得ている。
【００１０】
また、本発明では、網点画像及び文字中領域においてエッジ度を均一に大きくし、エッジ度の平均値をとることにより、エッジ度を滑らかに変化させ、エッジ度の中間レベルの割合を多くしている。
【００１１】
また、本発明では、エッジ部での最大エッジ量を維持して、エッジ部における鮮鋭性を維持している。
【００１２】
さらに、本発明では、ディザ法またはディザ閾値誤差拡散におけるディザマトリクス振幅を切り換えることにより、文字・線画の鮮鋭性と中間調画像の粒状性を両立させている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明する。  
図９は、本発明が適用されるデジタル複写機からなる画像形成装置の一例を示す。このデジタル複写機は、画像読み取り装置としてのスキャナ４００と、画像形成部としてのレーザプリンタからなる画像記録装置４１１と、後述する回路とを有する。スキャナ４００は、平坦な原稿台４０３上に載置された製本原稿などの原稿を照明ランプ５０２により照明し、その反射光像をミラー群５０３〜５０５およびレンズ５０６を介して読み取りセンサー５０７に結像するとともに、照明ランプ５０２及びミラー群５０３〜５０５の移動により原稿を走査して原稿の画像情報を読み取り、電気的な画像信号に変換する。読み取りセンサー５０７で得られた画像信号は後述する回路を介してプリンタ４１１へ送られる。
【００１４】
プリンタ４１１においては、露光手段としての書き込み光学ユニットからなる書き込み装置５０８は、上記画像信号を光信号に変換して感光体からなる像担持体、例えば感光体ドラム５０９に露光して原稿画像に対応した光書き込みを行うことにより静電潜像を形成する。書き込み光学ユニット５０８は、半導体レーザを発光駆動制御部で上記画像信号により駆動して画像信号により強度変調されたレーザ光を出射させ、このレーザ光を回転多面鏡５１０により偏向走査してｆ／θレンズ及び反射ミラー５１１を介して感光体ドラム５０９へ照射する。
【００１５】
感光体ドラム５０９は、駆動部により回転駆動されて矢印の如く時計方向に回転し、帯電手段としての帯電器５１２により一様に帯電された後に、書き込み光学ユニット５０８による露光で静電潜像が形成される。この感光体ドラム５０９上の静電潜像は、現像装置５１３により現像されてトナー像となり、また、転写紙からなる転写材が複数の給紙部５１４〜５１８、手差し給紙部５１９のいずれかからレジストローラ５２０へ給紙される。
【００１６】
レジストローラ５２０は感光体ドラム５０９上のトナー像にタイミングに合わせて転写紙を送出し、転写ベルト５２１は転写電源から転写バイアスが印加されて転写紙を搬送するとともに、感光体ドラム５０９上のトナー像を転写紙へ転写させる。転写紙は、搬送ベルト５２１により搬送されて定着部５２２によりトナー像が定着され、排紙トレイ５２３へコピーとして排出される。また、感光体ドラム５０９は、トナー像転写後にクリーニング装置５２４によりクリーニングされて徐電器５２５により徐電され、次の画像形成動作に備える。
【００１７】
図１０は、デジタル複写機の画像処理部の構成を示す。画像処理部は、読み取りデータを補正するスキャナ系処理部と、デジタル画像を加工、修正するデジタル画像処理部と、書き込みＬＤを変調する書込系処理部からなる。ＣＣＤ１で読み取った６００ｄｐｉのアナログデータをＡＧＣ２によりデータレベルの調整を行う。次いでＡＤ変換３により、画素毎のアナログデータを１画素当たり８ｂｉｔのデジタル値に変換し、シェーディング補正４において読み取りＣＣＤの画素および照度のばらつきを補正する。
【００１８】
続いて、フィルタ処理５を行う。具体的には、読み取りによって生じる画像の振幅を補正するＭＴＦ補正と、中間調画像をなめらかに表現するための平滑化処理を行う。そして、複写倍率に応じて主走査方向の変倍処理６を行い、書き込み濃度に変換するためのγ補正７を行う。最後に中間調処理８を行い、１ドット当たり１ｂｉｔまたは２ｂｉｔのデータに変換して送出する。その他、地肌除去処理、フレア除去処理、スキャナγ処理、画像編集などの図示しない処理が行われる。  
本発明に係るディザ閾値誤差拡散処理は中間調処理部８に設けられている。
【００１９】
（実施例１）
本発明の第一の実施例として、画像の特徴に応じて誤差拡散処理のディザマトリクス閾値の振幅を切り換える例を説明する。
【００２０】
一般に入力画像には文字、網点、写真画像が混在している。文字画像では画像のエッジ部で黒・白画素が連続しており、網点画像ではピークが周期的に存在する。これらの画像特徴を検出することによって入力画像を文字／網点／写真に分離することができる。
【００２１】
図１は、本発明の実施例１の構成を示す。本発明では、従来の量子化部１３、加算器１４、減算器１５、誤差演算部１６からなる誤差拡散処理部に、画像特徴切り換わり検出部１１と、ディザ閾値切り換え部１２が設けられている。
【００２２】
入力画像から得られた分離情報は画像特徴切り換わり検出部１１に送られる。
ここで、分離情報（１ビット）が写真の場合には”０”、分離情報が文字／網点の場合には”１”とする。この際に、分離情報の解像度を出力解像度の１／２にする。つまり、入力画像の解像度と出力画像の解像度が等しい場合には、入力画像から得られた分離情報を２×２ブロックで間引きする。これにより、必要なメモリ量を少なくできる。
【００２３】
画像特徴切り換わり検出部１１においては、注目画素を中心とした７×７画素領域内の１ビット分離情報の合計値を算出する。この合計値（０〜４９）を４値に量子化してディザマトリクス切り換え信号を発生する。
【００２４】
図２は、文字領域（斜線部）と写真領域の境界における例を示す。図２（ａ）は、画像特徴切り換わり検出部１１に送られる分離情報を示している。この分離情報の７×７画素領域内の合計値を算出し、４値に量子化した結果を図２（ｂ）に示す（図２（ｂ）の斜線部は分離情報が文字であった領域に対応している）。ここで量子化は、合計値が０のときには出力値＝０、合計値が１〜１５のときには出力値＝１、合計値が１６〜３５のときには出力値＝２、合計値が３６以上のときには出力値＝３としている。図２（ｂ）より、文字領域と写真領域の境界においてディザマトリクス切り換え信号（量子化により得られた出力値）が段階的に切り換わっていることが分かる。
【００２５】
画像特徴切り換わり検出部１１において算出された４値のディザマトリクス切り換え信号は、ディザ閾値切り換え部１２に送られる。ディザ閾値切り換え部１２では、ディザマトリクス切り換え信号に応じてディザ閾値マトリクスを選択する。図３（ａ）〜（ｃ）は、３種類のディザ閾値マトリクスを示す。（ａ）が最も振幅が大きく、（ｃ）が最も振幅が小さくなっている。ディザマトリクス切り換え信号が０のときには（ａ）、切り換え信号が１のときには（ｂ）、切り換え信号が２のときには（ｃ）のディザ閾値を選択し、切り換え信号が３のときには固定閾値（１２８）を選択する。
【００２６】
量子化部１３では、ディザ閾値切り換え部１２において選択されて閾値を用いて、入力データに誤差演算１６された周辺誤差を加算１４した値を２値（０と２５５）に量子化し、量子化前の値と量子化後の値の差１５を誤差として周辺画素に拡散する。例えば、切り換え信号が０のとき図３（ａ）のディザ閾値が選択され、いま、注目画素の位置が４×４のマトリクスの左上角であるとき、閾値として「１３４」が選択され、この閾値を用いて量子化を行う。次いで、右隣の注目画素について、量子化を行うが、ディザ閾値切り換え部１２で図３（ｂ）のディザ閾値が選択されたとき、右隣の注目画素の位置に対応する位置にある閾値「１３６」が選択され、この閾値を用いて量子化を行う。以下、同様に注目画素毎に上記した処理を行う。
【００２７】
このようなディザ閾値の制御を行なうことにより、入力画像の文字／網点領域に対しては固定閾値（１２８）の誤差拡散処理を行なうことで鮮鋭性の良い画像を形成することができ、モアレの発生も防止することができる。
【００２８】
一方、入力画像の写真領域に対しては図３（ａ）のディザ閾値が選択されるため、網点状にドットが集中して濃度ムラやバンディングの発生を抑制することができ、粒状性の良い画像を形成することができる。さらに、文字／網点領域と写真領域の境界部分においては、図３（ｂ）及び（ｃ）のディザ閾値が選択されるため、固定閾値から図３（ａ）のディザ閾値までを段階的に切り換えることが可能である。この図３（ｂ）及び（ｃ）のディザ閾値が選択される領域（切り換わり領域と呼ぶ）は、図２（ｂ）において５画素程度の幅になっているが、分離情報の解像度を出力解像度の１／２としているため、出力画像上では切り換わり領域は１０画素程度の幅となる。したがって、切り換わり領域を十分広くとることが可能であり、文字／網点領域と写真領域の境界部分を滑らかに切り換えることが可能である。
【００２９】
（実施例２）
本発明の第二の実施例として、画像のエッジ量に応じて誤差拡散処理のディザマトリクス閾値の振幅を切り換える例を説明する。
【００３０】
図４は、本発明の実施例２の構成を示す。実施例２では、実施例１の検出部１１の代わりに、エッジ量算出部１７、エッジ量膨張部１８，エッジ量平均値算出部１９、エッジ量量子化部２０が設けられている。他の構成要素は実施例１と同様である。
【００３１】
図４のエッジ量算出部１７では、入力画像のエッジ量を算出する。エッジ抽出フィルタは図５（ａ）〜（ｄ）に示すように５×５マトリクスの４つの微分フィルタで、特定の方向の画像データの変化を抽出する。図５（ａ）は、主走査方向の画像エッジを検出し、図５（ｂ）は、副走査方向の画像エッジを検出する。また、図５（ｃ）、（ｄ）は、同様に斜め４５°方向の画像エッジを検出する。次に、検出した４方向の画像エッジ信号に対し、その画素の最も大きい値、すなわちエッジが最も大きい方向の値を画素毎に抽出する。
【００３２】
エッジ量膨張部１８では、エッジ量算出部１７において得られたエッジ量を画像空間上で領域拡張する。つまり、所定領域内のエッジ量を参照し、その最大値を注目画素のエッジ量とする。このエッジ量膨張処理によって網点原稿のように周期的にエッジ量が変化する画像に対して、エッジ量を均一な大きな値とすることができる。
【００３３】
エッジ量平均値算出部１９では、膨張処理されたエッジ量の所定領域内の平均値を算出し（エッジ量の平均値をとる領域サイズは、膨張領域サイズ以下）、エッジ量量子化部２０で量子化を行ない、ディザマトリクス切り換え信号としてディザ閾値切り換え部１２に送る。
【００３４】
具体的な例を図６に示す。図６（ａ）は入力データであり、入力値１００と入力値４０の境界部分を示している。図６（ｂ）はエッジ量算出部１７によって算出されたエッジ量を示しており、数値は図５のエッジ抽出フィルタによって算出された値の１／１０である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）のエッジ量を５×５膨張処理（５×５領域の最大値をとる処理）をした後に５×５領域の平均値をとったものである。図６（ｄ）は、図６（ｃ）の値を４値に量子化した結果である。図６（ｃ）のエッジ量の値が１０以下のときには０、エッジ量が１１〜５０のときには１、エッジ量が５１〜１００のときには２、エッジ量が１０１以上のときには３とする。エッジ量を量子化するための量子化閾値は、網点部のモアレ発生や文字・線画の鮮鋭性の劣化がないように決められるものであり、ディザ閾値マトリクスの形状に依存する。
【００３５】
次に、この量子化結果をディザマトリクス切り換え信号としてディザ閾値切り換え部１２に送り、ディザ閾値切り換え部１２においては、実施例１と同様に、ディザマトリクス切り換え信号が０のときには図３（ａ）のディザ閾値、切り換え信号が１のときには図３（ｂ）のディザ閾値、切り換え信号が２のときには図３（ｃ）のディザ閾値を選択し、切り換え信号が３のときには固定閾値（１２８）を選択する。
【００３６】
このようなディザ閾値の制御を行なうことにより、画像のエッジ領域においては固定閾値の誤差拡散処理を行なうために、鮮鋭性の良い画像を形成することができる。一方、画像の非エッジ領域においては、網点状にドットが集中して濃度ムラやバンディングの発生を抑制することができ、粒状性の良い画像を形成することができる。
【００３７】
図６（ｅ）は、図６（ｂ）のエッジ量を４値化した結果である。図６（ｄ）と（ｅ）の比較から本実施例のようにエッジ量の平均化を行なうことにより、エッジ量の中間レベル領域が広がっていることが分かる。したがって、画像のエッジ領域から非エッジ領域にかけてディザ閾値を滑らかに切り換えることが可能であり、切り換わり部分において違和感のない画像を形成することができる。
【００３８】
本実施例では、エッジ量の平均化処理として単純平均を行なっているが、重み付け平均など他の平滑化処理を行なっても同様にエッジ量の中間レベル領域を拡張することが可能である。
【００３９】
（実施例３）
本発明の第三の実施例として、画像のエッジ量の中間レベル領域を拡張する他の例を示す。
【００４０】
図７は、本発明の実施例３の構成を示す。本実施例では、エッジ量変換部２１が設けられている。エッジ量算出部１７、エッジ量膨張部１８及びエッジ量量子化部２０は実施例２と同様の処理を行なう。図８（ａ）は、図６（ａ）の入力データに対してエッジ量算出、エッジ量膨張及びエッジ量量子化を行なった後のデータである。
【００４１】
エッジ量変換部２１では、量子化後のエッジ量の所定領域内の合計値を算出して（エッジ量の合計領域サイズは、膨張領域サイズ以下）、その合計値を量子化する。図８（ｂ）は、図８（ａ）のデータの５×５領域の合計値を示しており、図８（ｃ）は、図８（ｂ）の値を４値に量子化したものである。ここで量子化は、合計値が０のときは０、合計値が１〜３９のときは１、合計値が４０〜７４のときは２、合計値が７５のときは３としている。つまり、５×５領域内のデータが全て０または３以外のときには、中間レベル（１または２）に変換している。
【００４２】
エッジ量変換部２１において算出された値は、実施例２と同様にディザマトリクス切り換え信号としてディザ閾値切り換え部１２に送られ、ディザ閾値マトリクスの切り換えが行なわれる。
【００４３】
図８（ｃ）と図８（ａ）（または図６（ｅ））との比較から、本実施例で説明したエッジ量変換処理によって、エッジ量の中間レベル領域が広がっていることが分かる。エッジ量変換部２１において、合計値を量子化する際の量子化閾値は自由に設定することができるため、中間レベル領域の広さを調節することが可能である。特に、本実施例のように、エッジ量変換部２１において所定領域内のデータが全て０または３以外のときには中間レベルに変換するような処理を行なうことにより、どのような画像に対しても必ず中間レベルの領域を作ることができる。したがって、中間調処理の切り換わりの目立たない高品質な画像を形成することが可能である。
【００４４】
上記した実施例１から実施例３では、ディザ閾値誤差拡散処理において複数のディザ閾値マトリクスを切り換える例について説明したが、同様の構成により、ディザ法において振幅の異なる複数のディザ閾値マトリクスを切り換えることも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１、３、１０および１１記載の発明によれば、画像の分離情報やエッジ情報によってディザ閾値を切り換えることにより、画像特徴に応じたディザ閾値を用いて中間調処理を施すことができる。また、中間調処理の切り換わり領域を広くかつ滑らかに切り換えるように制御することにより、中間調処理の切り換わりが目立たない高画質な画像を形成することが可能となる。
【００４６】
特に、請求項９記載の発明によれば、ディザ閾値誤差拡散処理において振幅の異なる複数のディザ閾値マトリクスを切り換えることにより、画像の文字／網点部やエッジ部においては鮮鋭性の良い画像を形成し、画像の写真部・非エッジ部においては粒状性の良い画像を形成することが可能である。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、出力解像度が高解像度である場合にも、少ないメモリ容量で、出力画像上において十分な領域の切り換わり領域を確保することができる。
【００４８】
請求項４記載の発明によれば、エッジ量を膨張する（つまり所定領域内の最大値をとる）ことにより、網点画像及び文字中領域においてエッジ量を均一に大きくし、モアレの発生を防止すると共に鮮鋭性の良い画像を形成することができる。
【００４９】
請求項５記載の発明によれば、エッジ量の平均値をとることにより、エッジ量を滑らかに変化させることができる。
【００５０】
請求項７記載の発明によれば、エッジ量の中間レベルの割合を多くすることが可能である。特に、所定領域内の画素が全て非エッジ領域または全てエッジ領域であるとき以外には、エッジ量を中間レベルに変換する処理を行なうことにより、どのような画像に対しても非エッジ領域とエッジ領域の切り換わり部分において必ずエッジ量が中間レベルである領域を作ることができるという効果がある。
【００５１】
請求項６及び請求項８記載の発明によれば、エッジ量の平均値をとる領域サイズが膨張領域のサイズ以下であり、またエッジ量の合計領域のサイズが膨張領域のサイズ以下であるので、エッジ部での最大エッジ量を維持し、またエッジ部における鮮鋭性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１の構成を示す。
【図２】
文字領域と写真領域の境界における例を示す。
【図３】
ディザ閾値の例を示す。
【図４】
本発明の実施例２の構成を示す。
【図５】
エッジ抽出フィルタを示す。
【図６】
エッジ量の平均化の例を示す。
【図７】
本発明の実施例３の構成を示す。
【図８】
エッジ量変換の例を示す。
【図９】
本発明が適用されるデジタル複写機からなる画像形成装置の一例を示す。
【図１０】
デジタル複写機の画像処理部の構成を示す。
【符号の説明】
１  ＣＣＤ
２  ＡＧＣ
３  ＡＤ変換部
４  シェーディング補正部
５  フィルタ処理部
６  主走査変倍部
７  γ補正部
８  中間調処理部
９  ＬＤ
１１  画像特徴切り換わり検出部
１２  ディザ閾値切り換え部
１３  量子化部
１４  加算器
１５  減算器
１６  誤差演算部