(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された階調パターンのパッチの濃度の測定値に基づき階調特性を推定し、推定された階調特性と目標の階調特性とから階調補正データを生成する画像形成装置であって、
測定した階調パターンのパッチの濃度から該階調パターンの階調特性を推定する第一階調推定手段と、
前記第一階調推定手段で推定された階調パターンの階調特性から該階調パターンと異なる階調パターンの階調特性を推定する第一階調パターン間推定手段と、
前記測定した階調パターンのパッチの濃度から、該測定した階調パターンの面積率と同面積率の前記異なる階調パターンの濃度を推定する第二階調パターン間推定手段と、
前記第二階調パターン間推定手段で推定された前記異なる階調パターンの推定濃度から、該異なる階調パターンの階調特性を推定する第二階調推定手段と、
前記第一階調パターン間推定手段で推定された階調特性と前記第二階調推定手段で推定された階調特性とを加重加算する加重加算手段と、を備え、
該加重加算手段が加重加算して得られた前記異なる階調パターンの階調特性を前記推定された階調特性とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記加重加算手段が、該加重加算手段が加重加算する２つの階調特性の平均を取ることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記加重加算手段が加重加算する２つの階調特性の適合度を算出する適合度算出手段をさらに備え、該２つの階調特性のうち、前記適合度が高い方の重みを１、他方を０として加重加算を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記加重加算手段が加重加算する２つの階調特性の適合度を算出する適合度算出手段をさらに備え、該２つの階調特性を、前記適合度に比例した重みで加重加算を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記適合度算出手段において、前記適合度が、階調特性の単調増加性、滑らかさ、過去測定データに基づく出現確率のいずれかまたはその組み合わせによって算出されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
像担持体上に形成された階調パターンのパッチの濃度の測定値に基づき階調特性を推定し、推定された階調特性と目標の階調特性とから階調補正データを生成する画像形成方法であって、
測定した階調パターンのパッチの濃度から該階調パターンの階調特性を推定する第一階調推定ステップと、
前記第一階調推定ステップで推定された階調パターンの階調特性から該階調パターンと異なる階調パターンの階調特性を推定する第一階調パターン間推定ステップと、
前記測定した階調パターンのパッチの濃度から、該測定した階調パターンの面積率と同面積率の前記異なる階調パターンの濃度を推定する第二階調パターン間推定ステップと、
前記第二階調パターン間推定ステップで推定された前記異なる階調パターンの推定濃度から、該異なる階調パターンの階調特性を推定する第二階調推定ステップと、
前記第一階調パターン間推定ステップで推定された階調特性と前記第二階調推定ステップで推定された階調特性とを加重加算する加重加算ステップと、を備え、
該加重加算ステップが加重加算して得られた前記異なる階調パターンの階調特性を前記推定された階調特性とすることを特徴とする画像形成方法。
【請求項７】
前記加重加算ステップが、該加重加算ステップが加重加算する２つの階調特性の平均を取ることを特徴とする請求項６に記載の画像形成方法。
【請求項８】
前記加重加算ステップが加重加算する２つの階調特性の適合度を算出する適合度算出ステップをさらに備え、該２つの階調特性のうち、前記適合度が高い方の重みを１、他方を０として加重加算を行うことを特徴とする請求項６に記載の画像形成方法。
【請求項９】
前記加重加算ステップが加重加算する２つの階調特性の適合度を算出する適合度算出ステップをさらに備え、該２つの階調特性を、前記適合度に比例した重みで加重加算を行うことを特徴とする請求項６に記載の画像形成方法。
【請求項１０】
前記適合度算出ステップにおいて、前記適合度が、階調特性の単調増加性、滑らかさ、過去測定データに基づく出現確率のいずれかまたはその組み合わせによって算出されることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の画像形成方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか１つに記載の画像形成方法を実行させるようにコンピュータを動作させることを特徴とする画像形成プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像形成プログラムを記録した、コンピュータに読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置、画像形成方法、画像形成プログラム、及び記録媒体に係り、特に高精度な階調補正を実現するための画像形成装置、画像形成方法、画像形成プログラム、及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザプリンタ等に代表されるように、最小印刷単位の画素（ドット）がＯＮ／ＯＦＦの２つの状態に量子化された画像形成装置において、中間濃度を表現する際に、単位面積あたりのＯＮ画素の面積率の変化により中間的な濃度表現を行う階調処理と呼ばれる画像処理が利用されている。
【０００３】
上述の階調処理には、例えば複数の画素を組にすることで、入力階調に応じて面積の変化する網点を模擬する網点階調処理や、特定方向にスクリーン線を生成する万線階調処理、ＯＮドットの面積率を均一に増加させる誤差拡散処理等がある。さらに網点階調処理における網点の単位面積当たりの個数、万線階調処理における単位面積当たりの線数、誤差拡散処理におけるディザマトリクスの係数など、パラメータの違いにより多様な階調パターンが存在する。階調パターンによって解像性・階調性が異なるので、文字・線画・写真といった異なる画像種に対して、一つの画像形成装置で複数の階調パターンを切り分けて使用される。
【０００４】
ところで、階調パターンの基本となる１画素の面積は、ベタ画像が全面積を覆うようにするため、厳密には１画素分よりも大きく設計される。この画素（ドット）の太り分はドットゲインと呼ばれる。ドットゲインは、画像形成装置の新旧の状態や温湿度の環境条件により微妙に変化するため、入力値に対する濃度階調特性が敏感に変化し、階調パターンの違いによりその特性の変化も異なる。したがって、常に一定の画像再現を得るためには、階調パターンごとにキャリブレーションを行うことが必要となる。このキャリブレーションは、複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置において、感光体上に階調パターン・面積率の異なる複数の補正用パッチを生成し、それを中間転写ベルト等に転写するとともに、その補正用パッチの濃度を濃度センサで測定し、所定の目標値と比較することにより階調補正テーブルを修正することで行われる。
【０００５】
すべての階調パターンにおけるすべての面積率の補正用パッチを生成・測定することは、キャリブレーションに要する時間やトナー消費量の増大の観点から望ましくない。そこで、より少数の階調パターン・面積率の補正用パッチを生成・測定し、その測定値を補間することで階調パターンごとの階調特性（ＯＮ画素の面積率に対するトナー濃度値の特性）を推定することが行われる。
【０００６】
たとえば、測定する面積率の数の低減に関しては、次の従来技術がある。
特許文献１では、測定した濃度値に対してスプライン補間を施し、全体の階調特性を推定する。また、特許文献２では、特定の面積率からの事前に生成した対応関係（数式、モデル）を用いて他の階調を推定し、その推定値間を線形補間や二次曲線補間で補間し、全体の階調特性を推定する。また、階調パターン数の低減については次のような従来技術が存在する。
特許文献３では、階調幅の広いパターン（２×２網点）の階調特性を補正して、階調幅の狭いパターン網点（１×１網点）の階調特性を推定することにより、処理工数を低減する手法が開示されている。
また、特許文献４では、階調特性をパラメータ付きのモデル（関数）で表現し、測定した階調パターンで得たパラメータから、他の測定していない階調パターンのパラメータを推定することで、測定に要する階調パターン数を低減している。
さらに、特許文献５では、異なる階調パターンの同一面積率のパッチ間の回帰モデルを用いて、一つの階調パターンの測定値から他の階調パターンの濃度を推定し、測定に要する階調パターン数を低減している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような従来の技術において、特許文献１〜５に示される手法は、処理時間の低減やトナー消費量の低減を行うために、中間転写ベルト上に生成する補正用パッチの数を減らすと、階調特性の推定精度が低下するという問題がある。特に階調パターン数と階調数の低減を同時に行うと、階調特性の推定精度劣化が大きいという問題がある。
【０００８】
これを鑑みて本発明では、測定する階調パターン数や階調の数を低減したときでも、階調特性の推定精度劣化を小さく抑えるための画像形成装置、画像形成方法、画像形成プログラム、及び記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、請求項１に記載の通り、像担持体上に形成された階調パターンのパッチの濃度の測定値に基づき階調特性を推定し、推定された階調特性と目標の階調特性とから階調補正データを生成する画像形成装置であって、測定した階調パターンのパッチの濃度から該階調パターンの階調特性を推定する第一階調推定手段と、前記第一階調推定手段で推定された階調パターンの階調特性から該階調パターンと異なる階調パターンの階調特性を推定する第一階調パターン間推定手段と、前記測定した階調パターンのパッチの濃度から、該測定した階調パターンの面積率と同面積率の前記異なる階調パターンの濃度を推定する第二階調パターン間推定手段と、前記第二階調パターン間推定手段で推定された前記異なる階調パターンの推定濃度から、該異なる階調パターンの階調特性を推定する第二階調推定手段と、前記第一階調パターン間推定手段で推定された階調特性と前記第二階調推定手段で推定された階調特性とを加重加算する加重加算手段と、を備え、該加重加算手段が加重加算して得られた前記異なる階調パターンの階調特性を前記推定された階調特性とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、請求項２に記載の通り、請求項１に記載の画像形成装置において、前記加重加算手段が、該加重加算手段が加重加算する２つの階調特性の平均を取ることを特徴とする。
また、本発明は、請求項３に記載の通り、請求項１に記載の画像形成装置において、前記加重加算手段が加重加算する２つの階調特性の適合度を算出する適合度算出手段をさらに備え、該２つの階調特性のうち、前記適合度が高い方の重みを１、他方を０として加重加算を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、請求項４に記載の通り、請求項１に記載の画像形成装置において、前記加重加算手段が加重加算する２つの階調特性の適合度を算出する適合度算出手段をさらに備え、該２つの階調特性を、前記適合度に比例した重みで加重加算を行うことを特徴とする。
また、本発明は、請求項５に記載の通り、請求項３又は請求項４に記載の画像形成装置において、前記適合度算出手段において、前記適合度が、階調特性の単調増加性、滑らかさ、過去測定データに基づく出現確率のいずれかまたはその組み合わせによって算出されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、請求項６に記載の通り、像担持体上に形成された階調パターンのパッチの濃度の測定値に基づき階調特性を推定し、推定された階調特性と目標の階調特性とから階調補正データを生成する画像形成方法であって、測定した階調パターンのパッチの濃度から該階調パターンの階調特性を推定する第一階調推定ステップと、前記第一階調推定ステップで推定された階調パターンの階調特性から該階調パターンと異なる階調パターンの階調特性を推定する第一階調パターン間推定ステップと、前記測定した階調パターンのパッチの濃度から、該測定した階調パターンの面積率と同面積率の前記異なる階調パターンの濃度を推定する第二階調パターン間推定ステップと、前記第二階調パターン間推定ステップで推定された前記異なる階調パターンの推定濃度から、該異なる階調パターンの階調特性を推定する第二階調推定ステップと、前記第一階調パターン間推定ステップで推定された階調特性と前記第二階調推定ステップで推定された階調特性とを加重加算する加重加算ステップと、を備え、該加重加算ステップが加重加算して得られた前記異なる階調パターンの階調特性を前記推定された階調特性とすることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明は、請求項７に記載の通り、請求項６に記載の画像形成方法において、前記加重加算ステップが、該加重加算ステップが加重加算する２つの階調特性の平均を取ることを特徴とする。
さらに本発明は、請求項８に記載の通り、請求項６に記載の画像形成方法において、前記加重加算ステップが加重加算する２つの階調特性の適合度を算出する適合度算出ステップをさらに備え、該２つの階調特性のうち、前記適合度が高い方の重みを１、他方を０として加重加算を行うことを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明は、請求項９に記載の通り、請求項６に記載の画像形成方法において、前記加重加算ステップが加重加算する２つの階調特性の適合度を算出する適合度算出ステップをさらに備え、該２つの階調特性を、前記適合度に比例した重みで加重加算を行うことを特徴とする。
さらに、本発明は、請求項１０に記載の通り、請求項８又は請求項９に記載の画像形成方法において、前記適合度算出ステップにおいて、前記適合度が、階調特性の単調増加性、滑らかさ、過去測定データに基づく出現確率のいずれかまたはその組み合わせによって算出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の画像形成装置においては、階調パターン間推定と階調推定の順番の異なる２つの推定結果を組み合わせることで、階調特性及びその推定方法の違いによる推定精度のバラツキを低減し、階調特性の推定精度を高めることができる。したがって高精度な画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の装置構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の機能構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る画像処理手順の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る感光体上に形成されるパッチ画像の一例を示す図である。
【図５】本発明における画像形成処理が実現可能なハードウェア構成の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る階調補正データ生成手段の構成１を示す図である。
【図７】本発明に係る階調補正データ生成処理例１を示す図である。
【図８】本発明に係る階調特性推定の例１を示す図である。
【図９】本発明に係る階調特性推定の例２を示す図である。
【図１０】本発明に係る階調補正データ生成手段の構成２を示す図である。
【図１１】本発明に係る階調補正データ生成処理例２を示す図である。
【図１２】本発明に係る階調補正データ生成手段の構成３を示す図である。
【図１３】本発明に係る階調補正データ生成処理例３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１３に基いて画像形成装置、画像形成方法、画像形成プログラム、および記録媒体ついて説明する。
【００１８】
＜基本部分＞
図１は、本実施形態の画像形成装置の装置構成例の一構成例を示す図である。なお、以下に示す画像形成装置の一例として、例えば６００ｄｐｉカラーレーザプリンタの構成概要を示すものとするが、本発明としての画像形成装置はこれに限定されるものではない。図１に示す画像形成装置としてのプリンタエンジン１０は、感光体（感光部材）１１と、中間転写体１２と、現像器１３と、帯電器１４と、露光器１５と、反射輝度センサ１６、コントローラ１７と、転写ローラ１８と、カセット部１９と、定着器２０と、操作パネル（操作手段）２１とを有するよう構成されている。
【００１９】
図１に示す感光体１１は、例えばベルト形状からなり、図１に示す矢印Ａ方向に所定のタイミングと速度で回転している。
中間転写体１２は、感光体１１上に順次１色ずつ形成した異なる４色のトナー画像を、１回転毎に１色ずつ転写する。つまり、中間転写体１２は、一例として４回転で１枚のカラー画像を形成する中間転写体方式を採用している。
【００２０】
なお、図１において、ベルト形状の感光体１１は、プリンタエンジン１０の中央部に配置され、その一方の面に感光体１１と接触させて中間転写体１２が配置されている。
【００２１】
感光体１１の周囲には回転方向に沿って、感光体１１上にトナー画像を形成するプロセス部品である、現像器１３、帯電器１４、露光器１５、及び感光体１１上のトナー付着量を検出する反射輝度センサ１６が配置されている。プリンタエンジン１０の筐体側面には、破線で示したプリンタエンジン１０の各機能構成全体を制御する制御手段としてのコントローラ１７の基盤が設置されている。
【００２２】
現像器１３は、縦に長く張った感光体１１における中間転写体１２と反対側に、それぞれ異なる色のトナーを格納する４つの現像器（ブラック現像器１３Ｋ、イエロー現像器１３Ｙ、マゼンタ現像器１３Ｍ、シアン現像器１３Ｃ）が縦に積層して配置されている。現像器１３は、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色成分に対応したトナー等の像可視化剤を感光体１１に付着させる。
帯電器１４は、感光体１１の表面を均一に帯電させる。
露光器１５は、帯電した感光体１１の表面にレーザ光を照射することで像露光し、静電潜像を形成する。
【００２３】
つまり、各色に対応した像可視化剤を付着した感光体１１は、所定のタイミングと速度で回転する中間転写体１２上の所定の位置に各色の転写を行う。 これにより、中間転写体１２上に可視像（カラー画像）が形成される。
反射輝度センサ１６は、感光体１１の所定領域に対して輝度検出用の光を発光し、その反射光を検出（受光）する。なお、反射輝度センサ１６による輝度検出信号は、このコントローラ１７に予め蓄積（搭載）されている換算テーブル等により画像出力の濃度値に換算される。この意味では、反射輝度センサ１６は、濃度検出手段としての機能を有している。このように、反射輝度センサ１６により感光体１１における像可視化剤の付着量を検出することで、画像形成の精度を把握することができる。
【００２４】
中間転写体１２の周囲にはトナー画像形成、用紙等の印刷媒体（記録媒体）の搬送を行うプロセス部品である転写ローラ１８が配置されている。具体的には、用紙を搬送する搬送経路は、本体下部に配置している用紙カセット等のカセット部１９から中間転写体１２の外側を通って本体上面に排出する構成としており、その搬送経路に沿って、用紙等の印刷媒体を中間転写体１２に圧接させて中間転写体１２上に形成された可視像（カラー画像）を用紙に転写させると共に、所定方向に用紙を搬送させる転写ローラ１８、印刷媒体の通過時に熱を供給しながら通過させることで中間転写体１２から印刷媒体に転写された可視像（トナー像）を定着させるための定着器２０が配置されている。なお、この他の構成としては、例えば印刷媒体を除電する用紙除電器（図示せず）等を所定位置に設けてもよい。
【００２５】
筐体外部に面して、階調パターン選択手段を有するユーザインタフェースとしての操作パネル（操作手段）２１が設けられている。この操作パネル２１を通して、ユーザによる手動のキャリブレーション命令等がコントローラ１７に送られる。
【００２６】
＜画像形成装置：機能構成例＞
次に、画像形成装置（プリンタエンジン）１０における機能構成例について図を用いて説明する。図２は、本発明における画像形成装置のプリンタエンジンとしての機能構成の一例を示す図である。図２に示す画像形成装置１０は、入力手段３１と、出力手段３２と、蓄積手段３３と、画像展開手段３４と、色補正手段３５と、基準画像生成手段３６と、基準画像保持手段３７と、４色分解保持手段３８と、階調パターン選択手段３９と、色選択手段４０と、階調補正データ生成手段４１と、階調補正手段４２と、階調処理手段４３と、濃度検出手段４４と、画像形成手段４５と、送受信手段４６と、制御手段４７とを有するように構成されている。
【００２７】
入力手段３１は、ユーザからの画像形成処理の実行指示や、蓄積手段３３から所定のデータを読み出したり、書き込むための指示等、各指示等の入力等を受け付ける。なお、入力手段３１は、例えばタッチパネル等の入力インタフェース等からなり、また、キーボードやマウス等のポインティングデバイス、マイク等の音声入力インタフェース等であってもよい。
【００２８】
また、出力手段３２は、入力手段３１により入力された指示内容や、指示内容に基づいて生成された階調補正の色を選択させたり、補正結果を表示したり、画像形成処理結果や形成された画像等のデータ、処理の開始及び終了等をユーザに通知するメッセージ等を表示及び／又は音声等にて出力する。なお、出力手段３２は、モニタやスピーカ等からなる。
【００２９】
蓄積手段３３は、後述する階調補正データテーブルＴＡや閾値配列テーブルＴＢ（閾値配列ＤＢ）、履歴データＤＣ、換算テーブルＴＤ、基準画像（階調値データ（パッチデータ）ＤＥ）、各種パラメータ、画像濃度検出結果（例えば、パッチ画像の輝度情報）、画像展開により色補正されたＲＧＢ画像データ等の各処理を実行するために必要な各種データ及び処理の実行後に生成される各種データを蓄積する。
【００３０】
画像展開手段３４は、入力する画像を例えば１ページ分の点順次のＲＧＢ画像データに展開する。色補正手段３５は、展開されたＲＧＢ画像データを入力描画命令に含まれる色情報の印字装置の特性に合わせた色情報への変換処理を行う。なお、この色補正手段により色補正されたＲＧＢ画像データは、蓄積手段３３に蓄積される。
【００３１】
基準画像生成手段３６は、複数階調からなる階調パッチからなる階調値データ（パッチデータ）ＤＥを基準画像データとして生成する。基準画像保持手段３７は、複数階調からなる階調パッチで構成される基準画像を保持する。なお、この基準画像は、蓄積手段３３に蓄積させてもよい。 
【００３２】
４色分解保持手段３８は、蓄積手段３３に蓄積されたＲＧＢ画像データからブラック（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の４色に分解する。ここで、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）（３色）をＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙ（４色）に分解する手法は、マシンの能力や作画意図等によって設定を変更することができるが、例えば４色分解保持手段３８は、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙに対応して予めＫ［ｉ］、Ｃ［ｉ］、Ｍ［ｉ］、Ｙ［ｉ］（ｉ＝０，・・・，２５５）からなるルックアップテーブルを用意しておき、Ｋ＝Ｋ［ｍａｘ｛Ｒ，Ｇ，Ｂ｝］、Ｃ＝Ｃ［Ｒ］、Ｍ＝Ｍ［Ｇ］、Ｙ＝Ｙ［Ｂ］として対応付けることで４色に分解することができる。また、Ｋ＝Ｋ［ｋ］、Ｃ＝Ｃ［ｃ］、Ｍ＝Ｍ［ｍ］、Ｙ＝Ｙ［ｙ］、(ただし、ｋ＝ｍｉｎ｛Ｒ，Ｇ，Ｂ｝、ｃ＝２５５−Ｒ、ｍ＝２５５−Ｇ、ｙ＝２５５−Ｂ)とすることもできる。
【００３３】
階調パターン選択手段３９は、複数の異なる階調パターン（網点、万線、誤差拡散）から特定の階調パターンを選択する。階調パターン選択手段３９は、ユーザに階調パターンを選択させるためのユーザインタフェースを提供する。
【００３４】
色選択手段４０は、階調パターン選択信号及び色選択信号、及び４色分解保持手段３８により分解された信号のうち、どの色について階調補正を行うかが予め設定される。また、色選択手段４０は、選択されたＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙのうち、どの信号に出力色として選択させるか等の処理を行う。
【００３５】
階調補正データ生成手段４１は、階調補正を行うためのルックアップテーブル（ＬＵＴ）を生成する。具体的には、階調補正データ生成手段４１は、送られてきたパッチ画像のパッチのそれぞれに対応する反射輝度信号に基づいて、後述する手法によって、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙごとに階調パターンのそれぞれに対応した階調補正データＤＦを生成する。また、階調補正データ生成手段４１は、生成した階調補正データＤＦを階調補正データテーブルＴＡとして蓄積手段３３に蓄積する。なお、生成した階調補正データテーブルＴＡは、２５６個の８ｂｉｔのエントリを有するルックアップテーブル（ＬＵＴ）として実装されている。
【００３６】
階調補正手段４２は、階調補正データテーブルＴＡに従って、０〜２５５の１画素８ｂｉｔの画像信号を同じく８ｂｉｔの出力階調値に補正する。ここで、階調補正データＤＦは、２５６個の８ｂｉｔのエントリを有するルックアップテーブル（ＬＵＴ）として実装される。
【００３７】
階調処理手段４３は、予め設定されて蓄積手段３３に蓄積された閾値配列ＤＢを用いて階調補正手段４２から出力される１画素の８ｂｉｔ階調値を、ＯＮ／ＯＦＦのドットによる中間調のパターンに置き換える。当処理は、例えば特許文献４（特開２００８−２４４６４４号公報）に示されている手法等を用いることができる。
【００３８】
濃度検出手段４４は、感光体１１等に付着されたパッチ画像の輝度を検出し、検出した輝度の情報を検出する。また、検出した結果は、蓄積手段３３により蓄積される。なお、濃度検出手段４４は、例えば反射する輝度を検出するセンサ（反射輝度センサ１６）等により構成される。
【００３９】
画像形成手段４５は、指示入力された画像や文字データをＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙの各面（各色）毎に現像を行い、最終的に用紙等の印刷媒体に印刷する。
送受信手段４６は、通信ネットワークを介して他の外部装置等からデータを取得したり、画像形成結果等の生成した各種データを外部端末に送信するための通信インタフェースである。
【００４０】
制御手段４７は、画像形成装置１０における各機能構成全体の制御を行う。具体的には、制御手段４７は、入力手段３１により入力されたユーザからの入力情報等に基づいて、画像展開や色補正、基準画像生成、４色分解、階調パターン選択、出力色選択、階調補正データＤＦの生成、階調処理、濃度検出、画像形成等の各処理における画面を生成して表示したり、上述したそれぞれの処理で生成された情報を蓄積する等の制御を行う。
【００４１】
＜画像処理手順＞
次に、上述した機能構成における本発明の画像形成装置１０における画像形成処理手順について図を用いて説明する。図３は、本実施形態における画像形成処理手順の一例を示す図である。また、図３における一点鎖線は、信号の流れではなく処理の反復を示している。
【００４２】
＜通常印刷時における画像処理手順＞
最初に、通常印刷時における画像処理の流れについて説明する。まず印刷対象となる画像データを入力し（Ｓ０１）、上述した画像展開手段３４により画像の展開処理と（Ｓ０２）、色補正手段３５による色補正処理を行い、入力画像の１ページ分の点順次のＲＧＢ画像データを取得する（Ｓ０３）。また、取得した結果は、蓄積手段３３としての画像バッファに蓄えられる（Ｓ０４）。
【００４３】
蓄積手段３３としての画像バッファに蓄えられたＲＧＢ画像データは、４色分解保持手段３８により、Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙの４色の信号に分解される（Ｓ０５）。
また、色選択手段４０により既に設定された色選択信号に従って、それぞれＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙの４色の出力値を４色分解保持手段３８の出力から選択する（Ｓ０６）。
【００４４】
階調補正手段４２は、階調補正データＤＦに従って、０〜２５５の１画素８ｂｉｔの画像信号を同じく８ｂｉｔの出力階調値に補正する（Ｓ０７）。
階調処理は、例えば特許文献４（特開２００８−２４４６４４号公報）に示されている手法等を用いることができる。閾値配列Ｎ（上記特許文献４に記載の手法により生成することができる。）を用いて階調補正手段４２から出力される１画素の８ｂｉｔ階調値を、ＯＮ／ＯＦＦのドットによる中間調のパターンに置き換える（Ｓ０８）。
【００４５】
図１の画像形成装置のプリンタエンジン１０に示されるコントローラ１７は、図３の画像バッファ蓄積（Ｓ０４）以降の処理を、自動的に切り替わる色選択信号に従って、Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙの４面分（４回）繰り返すことで、プリンタエンジン１０に対するＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙの４色分の現像プロセスに必要な、各色面毎のデータを生成する。
【００４６】
プリンタエンジン１０は、これらの色の重ね合わせによるフルカラー画像を形成し（Ｓ０９）、紙面上に形成し、画像として出力する（Ｓ１０）。
【００４７】
次に、キャリブレーション時の動作について、主に図３の破線で示す流れに従って説明する。
キャリブレーション動作は、プリンタの起動時や出力枚数が所定値に達した場合、或いは操作パネル２１（図１）からのユーザ指示により起動される。
キャリブレーション動作時には、図３のＳ０４に示すような蓄積手段３３における画像バッファに対して、基準画像生成手段３６により生成され基準画像保持手段３７等に蓄積された階調値データ（パッチデータ）ＤＥに基づいて生成したパッチ画像を直接書き込む。
一方で、４色分解保持手段３８は、内部処理をＲＧＢ信号（ｒ，ｇ，ｂ）に対して、（ｋ，ｃ，ｍ，ｙ）＝（ｍｉｎ｛ｃ，ｍ，ｙ｝，２５５−ｒ，２５５−ｇ，２５５−ｂ）のＫＣＭＹ信号に対応付ける処理に切り替える。また、階調補正手段４２の処理は実行することなくスルーされる。これにより、例えばパッチデータＰとして、ｇ，ｂをｇ＝ｂ＝２５５に固定して、ｒを振ったデータを用意することで、ｃ＝２５５−ｒの信号値に対応するシアン単色のパッチ画像が、プリンタエンジン１０に送出される。なお、上述の処理は、マゼンタ、イエローに対しても同様に行うことができるが、ブラックについてはｒ＝ｇ＝ｂ＝２５５−ｋのデータを用意することで、ｋの信号値に対応するパッチ画像がプリンタエンジン１０に送出される。
また、キャリブレーション動作モードでは、プリンタエンジン１０は、用紙のピックアップを行わないことと、用紙等の印刷媒体への転写以降のプロセスを実行しないことを除き、上述した通常印刷と同様のプロセスが実行される。 
【００４８】
＜感光体上に形成されるパッチ画像例＞
図４は、感光体上に形成されるパッチ画像の一例を示す図である。上述の処理により、図４に示すように、プリンタエンジン１０の感光体１１上の所定の位置（例えば、中間転写体１２と接触しない位置等）にパッチ画像５７を形成することができる。また、プリンタエンジン１０に搭載された反射輝度センサ１６は、このパッチ画像５７の反射輝度信号を検出し、階調補正データ生成手段４１に送信する。これにより、用紙等の印刷媒体への画像出力を行うことなく、パッチ画像の反射輝度信号を検出することができる。
【００４９】
また、階調補正データ生成手段４１は、送られてきたパッチ画像５７のパッチそれぞれに対応する濃度値（反射輝度信号から換算）に基づいて、階調パターン数のそれぞれに対応した階調補正データＤＦを生成し、階調補正データテーブルＴＡに登録する。具体的にはパッチ画像のＯＮ画素の面積率に対する濃度値を用いて、任意の面積率xに対する濃度値f(x)を生成する。この濃度値f(x)の生成方法は後述する。８ｂｉｔの画像信号値をs、８ｂｉｔの画像信号値から面積率への変換のルックアップテーブルをt(s)、目標の階調特性をr(s)とすると、f(t(s))=r(s)を満たすようにt(s)を決める。すなわち、t(s)=f-1(r(s))としてt(s)を生成する。これを階調補正データテーブルＴＡに登録する。
本実施形態では、階調補正データＤＦの生成をコントローラ１７上に搭載された制御手段４７としてのＣＰＵ及び蓄積手段３３としての周辺メモリと、それに対して予め組み込まれたプログラムによって実現されている。 また、階調補正データテーブルＴＡ及び履歴データＤＣは、蓄積手段３３内の周辺メモリの特定のアドレス空間として実現されている。 また、基準画像生成処理についても同様にＣＰＵ等に対するプログラムによって実現されている。
【００５０】
＜画像形成処理が実行可能なコンピュータのハードウェア構成例＞
本発明における画像形成処理が実行可能なコンピュータのハードウェア構成例について図５を用いて説明する。図５は、本発明における画像形成処理が実現可能なハードウェア構成の一例を示す図である。図５におけるコンピュータ本体には、入力装置９１と、出力装置９２と、ドライブ装置９３と、補助記憶装置９４と、メモリ装置９５と、各種制御を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９６と、ネットワーク接続装置９７とを有するよう構成されており、これらはシステムバスＢＵＳで相互に接続されている。
【００５１】
入力装置９１は、ユーザ等が操作するキーボード及びマウス等のポインティングデバイスや音声入力デバイス等を有しており、ユーザ等からのプログラムの実行指示等、各種操作信号、音声信号を入力する。 
出力装置９２は、本発明における処理を行うためのコンピュータ本体を操作するのに必要な各種ウィンドウやデータ等を表示するディスプレイやスピーカ等を有し、ＣＰＵ９６が有する制御プログラムにより実行経過や結果等を表示又は音声出力することができる。
【００５２】
ここで、本発明において、コンピュータ本体にインストールされる実行プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の記録媒体９８等により提供される。プログラムを記録した記録媒体９８は、ドライブ装置９３にセット可能であり、記録媒体９８に含まれる実行プログラムが、記録媒体９８からドライブ装置９３を介して補助記憶装置９４にインストールされる。 また、ドライブ装置９３は、本発明に係る実行プログラムを記録媒体９８に記録することができる。これにより、その記録媒体９８を用いて、他の複数のコンピュータに容易にインストールすることができ、容易に画像形成処理を実現することができる。
【００５３】
補助記憶装置９４は、ハードディスク等のストレージ手段であり、本発明における実行プログラムや、コンピュータに設けられた制御プログラム等を蓄積し必要に応じて入出力を行うことができる。また、補助記憶装置９４は、上述した本発明に係る各種データ等を蓄積する蓄積手段として用いることもできる。 
メモリ装置９５は、ＣＰＵ９６により補助記憶装置９４から読み出された実行プログラム等を格納する。なお、メモリ装置９５は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等からなる。 
ＣＰＵ９６は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラム、及び補助記憶装置９４から読み出されメモリ装置９５に格納されている実行プログラム等に基づいて、各種演算や各ハードウェア構成部とのデータの入出力等、コンピュータ全体の処理を制御して、画像形成における各処理を実現することができる。また、プログラムの実行中に必要な各種情報等は、補助記憶装置９４から取得することができ、また格納することもできる。 
【００５４】
ネットワーク接続装置９７は、電話回線やＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ケーブル等の通信ネットワーク等と接続することにより、実行プログラムを通信ネットワークに接続されている他の端末等から取得したり、プログラムを実行することで得られた実行結果又は本発明における実行プログラムを他の端末等に提供することができる。
上述したようなハードウェア構成により、特別な装置構成を必要とせず、低コストで画像形成処理を実現することができる。また、プログラムをインストールすることにより、ソフトウェアとして容易に画像形成処理を実現することができる。これにより、画像形成プログラムと、各種データをメモリ装置９５にロードし、ＣＰＵ９６により、そのデータを用いてプログラムを実行させ、本実施形態に係る画像形成処理を行う。したがって、高精度な階調補正を実現することができる。また、高精度な画像を形成することができる。また、プログラムをインストールすることにより、汎用のパーソナルコンピュータ等で本発明における画像形成を容易に実現することができる。
【００５５】
＜階調補正データ生成手段による階調補正データ生成方法＞
以下、階調補正データ生成手段４１の具体例を説明する。面積率xに対する濃度値f(x)を「階調特性」と呼ぶことにする。また、ある階調パターンの特定の面積率のパッチの濃度値から他の階調パターンの同一面積率のパッチの濃度値を推定することを「階調パターン間推定」、ある階調パターンにおける有限個の面積率と濃度値の組から、その階調パターンの全体の階調特性を推定することを「階調推定」と呼ぶことにする。
【００５６】
＜階調推定結果の平均化＞
本実施例では、測定した中間転写ベルト上のパッチの濃度を用いて、階調パターン間推定を行ってから階調推定したものと、階調推定してから階調パターン間推定を行ったものを平均化することにより、少ない測定パッチから階調特性を高精度で推定する例を示す。
本実施例における機能ブロック図を図６に示す。階調補正データ生成手段４１は測定部１０１、階調パターン間推定部１０２、階調推定部１０３、階調推定部１０４、階調パターン間推定部１０５、平均化部１０６、階調テーブル修正部１０７から構成される。
本実施例における処理フローを図７に示す。また、この処理の具体例を図８に示す。
【００５７】
処理ステップＳ１０１では、測定部１０１が中間転写ベルト上に特定の階調パターンの異なる階調の複数パッチを作成し、反射輝度センサ１６(図１)を通じて各パッチの濃度を測定する。具体例では、網点の面積率０．２５、０．５０、０．７５、１．００（それぞれ２５％、５０％、７５％、１００％を示す。以下同様）の４パッチを生成し、その濃度を測定する。
処理ステップＳ１０２では、階調パターン間推定部１０２が、反射輝度センサ１６を通じて、前記測定したパッチの濃度から、異なる階調パターンの同面積率のパッチの濃度を推定する。具体例では、網点の面積率０．２５、０．５０、０．７５、１．００の４パッチの濃度から、万線の面積率０．２５、０．５０、０．７５、１．００の４パッチの濃度を推定する。ここでは、面積率をx、面積率xの網点のパッチの濃度をf(x)、面積率xの万線のパッチの濃度をg(x)、補正項をh(x)として、次式で推定するものとする。
【００５８】
【数１】
0005838733.tif 000002
【００５９】
推定式は事前に同面積率の網点と万線のパッチのペアを測定し、回帰分析等を用いて同定することができる。
処理ステップＳ１０３では、階調推定部１０３が、前記推定した階調パターンにおける濃度を補間し、階調全体に渡る濃度の推定値を得る。具体例では、網点の４パッチから推定された万線の面積率０．２５、０．５０、０．７５、１．００の４パッチの濃度を補間し、任意の面積率の濃度の推定値を得る。この補間には線形補間、スプライン補間、線形回帰などの種々の方法を取ることができる。
処理ステップＳ１０４では、階調推定部１０４が、処理ステップＳ１０１で測定したパッチの濃度を補間し、階調全体に渡る濃度の推定値を得る。具体例では、網点の面積率０．２５、０．５０、０．７５、１．００の４パッチの濃度を補間し、任意の面積率の濃度の推定値を得る。この補間には線形補間、スプライン補間、線形回帰などの種々の方法を取ることができる。
処理ステップＳ１０５では、階調パターン間推定部１０５が、前記推定した階調全体に渡る濃度の推定値から、異なる階調パターンの対応する面積率の濃度を推定する。具体例では、式（１）を用いて、面積率xの網点の濃度f(x)から面積率xの万線の濃度g(x)を推定する。
処理ステップＳ１０６では、平均化部１０６が、処理ステップＳ１０３とＳ１０５で推定された二つの階調特性に対して、同面積率の濃度を平均化し、新しく階調特性を得る。
処理ステップＳ１０７では、階調補正テーブル修正部１０７が新しく得られた前記階調特性を用いて、階調補正データテーブルＴＡを修正する。修正された階調補正データテーブルＴＡは階調補正手段４２に渡される。
【００６０】
本発明の効果を、図９の面積率１．００の網点のパッチの濃度測定値から万線の階調特性を推定する例を通じて説明する。階調推定には線形補間を用い、階調パターン間推定には式（１）を用いて、
【００６１】
【数２】
0005838733.tif 000003
【００６２】
とする。図９を見て分かる通り、階調パターン間推定と階調推定の順番が異なると得られる階調特性は変わる。仮に階調パターン間推定の誤差が十分に小さいとすると、網点の真の階調特性が直線的である場合は階調推定を先に行った方が、万線の階調特性が直線的である場合は階調パターン間推定を先に行った方が推定誤差が小さくなる。これは線形補間の場合であるが、一般に、階調推定は推定方法に適した階調特性を持った階調パターンで行った方が最終的な推定誤差が小さくなる（スプライン補間であれば、滑らかな階調特性を持つ階調パターンの方で階調推定を行う方が推定誤差が小さい）。したがって、階調推定方法に適した階調特性の階調パターンで階調推定が行われるように、階調パターン間推定、階調推定の順番を決めるのが良い。しかし実際には、温湿度やトナーの帯電状態、現像剤の劣化状態など様々な因子によって階調特性は変わるため、各階調パターンの階調特性を事前に知ることは困難である。そこで本実施例のように、階調パターン間推定と階調推定の順番を入れ替えて二つの階調特性を得て、それらを平均化することで、推定誤差が増大するリスクを低減することができる。
ところで、階調パターン間推定は式（１）に限らず、様々な関数形を取ることができる。また、すべての面積率xに対して推定式が作れない場合（例えば離散的にxが０．０５刻みで推定式が存在する場合）は、推定可能な面積率で推定を行ってから、その間を線形補間、スプライン補間などの補間手法により補間しても良い。
【００６３】
＜階調推定結果の選択＞
本実施例では、図１０、図１１に基いて説明するように、測定した中間転写ベルト上のパッチの濃度を用いて、階調パターン間推定を行ってから階調推定したものと、階調推定してから階調パターン間推定を行ったものの適合度を算出し、より適合度の高い方の推定結果を採用することで、少ない測定パッチから階調特性を高精度で推定する例について示す。
本実施例における機能ブロック図を図１０に示す。階調補正データ生成手段４１は測定部１０１、階調パターン間推定部１０２、階調推定部１０３、階調推定部１０４、階調パターン間推定部１０５、適合度算出部２０１、選択部２０２、階調テーブル修正部１０７から構成される。
【００６４】
図１１は、本実施例における処理フローを示す。以下では、前述した階調推定結果の平均化の処理フローとの差分である処理ステップＳ２０１とＳ２０２について説明する。
処理ステップＳ２０１では、適合度算出部２０１が階調パターン間推定と階調推定の順番の異なる２つの階調特性推定結果の適合度を算出する。適合度は、階調特性の単調増加性、滑らかさ、過去測定データに基づく出現確率のいずれかまたはその組み合わせによって算出する。適合度算出対象の階調特性を面積率xに対してg(x)と表記する。
単調増加性による適合度算出では、「階調の濃度は面積率の増加に対して単調増加する」という事前知識を用いて、この特性が守られていない場合の適合度が小さくなるように適合度算出関数を設定する。具体的な構成の１例を挙げる。まず次のようなペナルティ関数φ(x)を考える。
【００６５】
【数３】
0005838733.tif 000004
【００６６】
そして、階調特性gの適合度J(g)を次のように算出する。
【００６７】
【数４】
0005838733.tif 000005
【００６８】
このように適合度を取ると、階調特性が単調増加であれば1に、減少する区間があればその減少の度合いに応じて1より小さい値となる。ここではg(x)が区間[0 1]で定義されることを想定しているが、g(x)が離散的な場合でも微分を差分に積分を和に置き換えることで対応できる。
滑らかさによる適合度算出では、「階調の濃度は面積率に対して滑らかに変化する」という事前知識を用いて、この特性が守られていない場合の適合度が小さくなるように適合度算出関数を設定する。階調特性gの適合度J(g)の具体的な構成例として、次式が挙げられる。
【００６９】
【数５】
0005838733.tif 000006
【００７０】
この定式化では、二階微分の二乗値の階調全体に渡る積分値が小さい時に適合度が高くなる。
また、過去測定データに基づいて確率モデルを作成し、その確率モデルにおける対象階調特性の出現確率を適合度として用いることもできる。たとえば、確率モデルにガウス分布を用いる場合は、階調特性を適当に離散化し、過去測定データの平均階調特性μ、分散共分散行列Σを算出し、次のように適合度J(g)を算出する。
【００７１】
【数６】
0005838733.tif 000007
【００７２】
処理ステップＳ２０２では、選択部２０２が階調パターン間推定と階調推定の順番の異なる２つの階調特性推定結果のうち、適合度が高い方を選択し、それを最終的な階調特性の推定結果とする。
本実施例の方法によれば、適合度に応じて階調パターン間推定と階調推定の順番の異なる２つの階調特性推定結果を選択するため、前述の階調推定結果の平均化による方法のように推定誤差の増大を防止するのではなく、積極的に推定誤差の小さい結果を得ることができる。
【００７３】
＜階調推定結果加重加算＞
本実施例では、図１２、図１３に基いて説明するように、測定した中間転写ベルト上のパッチの濃度を用いて、階調パターン間推定を行ってから階調推定したものと、階調推定してから階調パターン間推定を行ったものの適合度を算出し、適合度の比率に応じて二つの推定結果を加重加算することで、少ない測定パッチから階調特性を高精度で推定する例を示す。
本実施例における機能ブロック図を図１２に示す。階調補正データ生成手段４１は測定部１０１、階調パターン間推定部１０２、階調推定部１０３、階調推定部１０４、階調パターン間推定部１０５、適合度算出部２０１、加重加算部３０１、階調テーブル修正部１０７から構成される。
図１３には、本実施例における処理フローを示す。以下では、前述の階調推定結果の選択の方法との差分である処理ステップＳ３０１について説明する。
処理ステップＳ３０１では、適合度の比率に応じて、階調パターン間推定と階調推定の順番の異なる２つの階調特性推定結果g1, g2を加重加算し、最終的な階調特性の推定結果gとする。前述の階調推定結果の選択の方法で述べた適合度Jを用いると、推定式は次の通りである。
【００７４】
【数７】
0005838733.tif 000008
【００７５】
本実施例の方法によれば、適合度に応じて階調パターン間推定と階調推定の順番の異なる２つの階調特性推定結果を加重加算するため、誤差の小さい階調推定結果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上説明したように、本発明の画像形成装置、画像形成方法、画像形成プログラム、記録媒体によれば、階調特性及びその推定方法の違いによる推定精度のバラツキを低減し、階調特性の推定精度を高めることができ、高い画像品質を維持することに適している。
【符号の説明】
【００７７】
画像形成装置（プリンタエンジン）…１０、感光体…１１、中間転写体…１２、現像器…１３、帯電器…１４、露光器…１５、反射輝度センサ…１６、コントローラ…１７、転写ローラ…１８、カセット部…１９、定着器…２０、操作パネル（操作手段）…２１、入力手段…３１、出力手段…３２、蓄積手段…３３、画像展開手段…３４、色補正手段…３５、基準画像生成手段…３６、基準画像保持手段…３７、４色分解保持手段…３８、階調パターン選択手段…３９、色選択手段…４０、階調補正データ生成手段…４１、階調補正手段…４２、階調処理手段…４３、濃度検出手段…４４、画像形成手段…４５、送受信手段…４６、制御手段…４７、入力装置…９１、出力装置…９２、ドライブ装置…９３、補助記憶装置…９４、メモリ装置…９５、ＣＰＵ…９６、ネットワーク接続装置…９７、システムバス…ＢＵＳ、記録媒体…９８、測定部…１０１、階調パターン間推定部…１０２、階調推定部…１０３、１０４、階調パターン間推定部…１０５、平均化部…１０６、階調テーブル修正部…１０７、適合度算出部…２０１、選択部…２０２、加重加算部…３０１
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特開平０５−３３６３６７号公報
【特許文献２】特許４３０５１１３号公報
【特許文献３】特許３７３８３４６号公報
【特許文献４】特開２００８−２４４６４４号公報
【特許文献５】特願２０１１−１３９６１３号
【図１】
0005838733.tif 000009
【図２】
0005838733.tif 000010
【図３】
0005838733.tif 000011
【図４】
0005838733.tif 000012
【図５】
0005838733.tif 000013
【図６】
0005838733.tif 000014
【図７】
0005838733.tif 000015
【図８】
0005838733.tif 000016
【図９】
0005838733.tif 000017
【図１０】
0005838733.tif 000018
【図１１】
0005838733.tif 000019
【図１２】
0005838733.tif 000020
【図１３】
0005838733.tif 000021