(57)【要約】【課題】従来の誤差拡散法をレーザビームプリンタに適用すると、中間濃度域にかけて千鳥格子パターンが発生し、ドット潰れによる濃度変化で、中間調画像の画質低下を生じる。【解決手段】濃度判定処理工程（S140）で入力画像濃度が中濃度域の場合、注目画素近傍の既に量子化された周辺画素のドット発生具合とドットパターン判定マトリックスを比較し、発生パターン、非発生パター、それ以外のバターンに分けてドット発生を処理する（S150）。それ以外のパターン及び濃度判定処理工程で中間調以外の場合は、注目画素でのドット発生を誤差拡散法により２値化する（S160）。その際、予め定めたドットパターン判定マトリックスが中間濃度付近での千鳥格子パターンの発生を抑える。これによりドット潰れが発生しやすい千鳥格子パターンを回避して画質の低下を防止する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多階調の入力画像信号に対して誤差拡散法を用いて２値の出力画像信号に変換する画像処理方法であって、
前記入力画像信号が予め定めた所定の濃度範囲にあるか否かを判断する濃度判定処理工程と、
前記入力画像信号が前記濃度範囲にあると判断された場合には、前記入力画像信号の注目画素の近傍にある周辺画素のドット発生具合と予め定めたドットパターンの判定マトリックスを比較し、前記注目画素の位置ドットを発生するか、非発生か或いはそれ以外かを判定すると共に、前２者の場合は前記入力画像信号を２値化するドット発生処理工程を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記濃度判定処理工程で前記入力画像信号が前記濃度範囲にない、あるいは前記ドット発生処理工程で前記それ以外と判断された場合には、前記誤差拡散法により前記入力画像信号を２値化する誤差拡散処理工程を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記判定マトリックスはドットを発生させるパターン、ドットを発生させない非発生パターン及びそれ以外のパターンを予め定めていることを特徴とする画像処理方法。
【請求項４】
多階調の入力画像信号に対して誤差拡散法を用いて２値の出力画像信号に変換する画像処理装置であって、
前記入力画像信号が予め定めた所定の濃度範囲にあるか否かを判断し、前記濃度範囲にあると判断された場合には、前記入力画像信号の注目画素の近傍にある周辺画素のドット発生具合と予め定めたドットパターンによる判定マトリックスとの比較に基づいて、前記注目画素の位置にドットを発生させるか否か、或いはそれ以外かを判定し、前２者の場合は前記入力画像信号を２値化し、前記入力画像信号が前記濃度範囲にない、或いは前記それ以外と判断された場合には、誤差拡散法により前記入力画像信号を２値化する誤差拡散処を行うように、構成されてなることを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
請求項４において、前記画像処理装置はホストコンピュータとプリンタを結ぶ印刷システムであって、前記ホストコンピュータにアプリケーションソフトとプリンタドライバ、前記プリンタにコントローラとプリンタエンジンを備えると共に、請求項１乃至３の何れかに記載の画像処理方法による処理プログラムを前記アプリケーションソフト、前記プリンタドライバまたは前記コントローラのいずれかに格納したことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
請求項４において、前記画像処理装置はコントローラとプリンタエンジンを結ぶプリンタであって、前記コントローラにCPUとメモリなどを備えると共に、請求項１乃至３の何れかに記載の画像処理方法による処理プログラムを前記メモリに格納したことを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多階調の入力画像信号を低階調の画像信号に変換する画像処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多階調画像を記録する擬似階調表現方法の一つとして誤差拡散法が知られている。誤差拡散法は入力画像と出力画像の濃度誤差が最小となるように濃度補正を行う量子化処理である。２値記録しかできないプリンタなどで多階調の高精細画像を印刷する場合に、見かけの解像度と階調表現の低下を抑えた良好な画像を記録することができる有効な手法である。
【０００３】
図２を用いて、従来の誤差拡散法を説明する。主走査方向がm画素、副走査方向がn画素で、１画素あたり8ビット（0〜255）の濃度を持った入力画像信号Ｓから、主走査方向がm画素、副走査方向がn画素で、１画素あたり１ビット（０or１）の濃度の出力画像信号Ｏを生成する。
【０００４】
先ず、入力画像信号Ｓの左からx番目・上からy番目の画素の濃度値をS(x,y)、出力画像信号Ｏの左からx番目・上からy番目の画素の濃度値をO(x,y)で表すとき、出力画像信号Ｏの濃度値O(x,y)と、入力画像信号Ｓと出力画像信号Ｏとの間で生じた量子化誤差ERRを、式（１）、式（２）より算出する。
S(x,y)≧TH のとき    O(x,y)＝1，ERR＝S(x,y)−255    …（１）
S(x,y)＜TH のとき    O(x,y)＝0，ERR＝S(x,y)−0      …（２）
ここで、THは２値化閾値であり、入力画像信号Ｓの表現可能な最大濃度値の半分、つまりTH＝128を用いている。次に、入力画像信号Ｓと出力画像信号Ｏとの間で生じた量子化誤差ERRを、注目画素近傍の周辺画素に分配する。
【０００５】
図３は、量子化誤差ERRを周辺画素に分配するときの分配比率を表す重み付け係数マトリックスである。この重み付け係数により、量子化誤差ERRを式（３）から式（６）で周辺画素に分配する。
S(x+1,y)＝S(x+1,y)＋(7／16)×ERR        …（３）
S(x−1,y+1)＝S(x−1,y+1)＋(3／16)×ERR  …（４）
S(x,y+1)＝S(x,y+1)＋(5／16)×ERR        …（５）
S(x+1,y+1)＝S(x+1,y+1)＋(1／16)×ERR    …（６）
以上の処理を、すべての画素に対して順に行うことで、量子化された出力画像信号Ｏを得る事ができる。
【０００６】
しかし、上記の誤差拡散法では、一定の濃度値の画像データに対し特異な構造の模様（テスクチャ）が発生する。また、低濃度域の立ち上がり部において、低濃度を表現するためのドットの発生が遅れて、白抜けになる等の欠点がある。
【０００７】
この問題を回避する方法として、非特許文献１に記載のように、量子化処理の際に使用する閾値にランダムノイズを加える方法、あるいは入力画像の濃度値に応じて量子化処理の閾値を変化させる閾値最適化誤差拡散法などが提案されている。
【０００８】
【非特許文献１】角谷繁明，”誤差拡散法の高画質化技術”，日本写真学会誌，第60巻第6号，pp353−356，1997
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の誤差拡散法はインクジェットプリンタのように、メディア上に形成されるドットがドット単位で形成される出力装置には有効である。しかし、レーザビームプリンタのように、形成されるドットの形状が必ずしも固定していない出力装置では、四方がドットで囲まれた白抜けドットに対して、ドット形状のばらつきによりドット潰れ減少が発生する。特に、千鳥格子状のドットの配置は多くの白抜けドットで形成されているため、この問題が顕著である。上記の誤差拡散法は、特に中間濃度域において千鳥格子状にドットが配置されることが多いため、ドット潰れにより画質の低下が発生する問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、中間濃度域のドット潰れを軽減し、良好な画質が得られる画像処理方法及び印刷システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明は、多階調の入力画像信号に対して誤差拡散法を用いて２値の出力画像信号に変換する画像処理方法であって、前記入力画像信号が予め定めた所定の濃度範囲にあるか否かを判断する濃度判定処理工程と、前記入力画像信号が前記濃度範囲にあると判断された場合には、前記入力画像信号の注目画素の近傍にある周辺画素のドット発生具合と予め定めたドットパターンの判定マトリックスを比較し、前記注目画素の位置ドットを発生するか、非発生か或いは前記それ以外かを判定すると共に、前２者の場合は前記入力画像信号を２値化するドット発生処理工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、前記濃度判定処理工程で前記入力画像信号が前記濃度範囲にない、あるいは前記ドット発生処理工程で前記それ以外と判断された場合には、前記誤差拡散法により前記入力画像信号を２値化する誤差拡散処理工程を有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記ドットパターンの判定マトリックスはドットを発生させるパターン、ドットを発生させない非発生パターン及びそれ以外のパターンを予め定めていて、前記ドット発生処理工程後のドットの発生位置が千鳥格子状にならないように処理していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、中間濃度域においてドットの発生位置を千鳥格子状にならないように制御することで、単独白抜けドットの発生を抑制できるので、中間濃度域のドット潰れを軽減し、良好な画質を得る効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の最良の実施形態では、入力画像信号が予め定めた所定の濃度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）にあるか否かを判断する濃度判定処理工程を行う。この工程で、入力画像信号が所定の濃度範囲にあると判断された場合はドット発生処理工程に移る。すなわち、入力画像信号の注目画素の近傍にある周辺画素のドット発生具合と予め定めたドットパターン判定マトリックスとの比較を行い、一致するパターンに応じて注目画素位置にドットを発生するか、否か或いはそれ以外かを判定し、前２者の場合は入力画像信号を２値化する。
【００１６】
一方、濃度判定処理工程で所定の濃度範囲にないと判断された場合、またはドット発生処理工程でそれ以外と判断された場合は、誤差拡散法により入力画像信号を２値化する誤差拡散処理工程を行う。誤差拡散処理工程では、注目画素の濃度が所定（Ｔ３）以上の場合にドットを発生し、それ以外はドットを発生させない。
【００１７】
これにより、レーザビームプリンタのように１ドットの形状が安定しにくい出力装置で、中間濃度域のドット潰れを軽減でき、良好な階調特性を実現できる。
【００１８】
以下、本発明の複数の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例では説明の便宜上、入力画像信号は１画素あたり８ビット（０〜２５５）の濃度を持った画像信号とし、処理後の出力画像信号は１画素あたり１ビットの２値信号とする。
【００１９】
（実施例１）
図１は、ドット発生処理工程で使用するドットパターン判定マトリックスの説明図である。注目画素（斜線部）を中心として既に２値化された周辺画素におけるドットの発生具合を調べるのに用いられる。
【００２０】
探索する周辺画素は、注目画素の座標を(x，y)とすると、座標(x−1，y−1)、(x，y−1)、(x＋1，y−1)、(x−1，y)の４点である。これら４点の周辺画素で発生しうるドットパターンは図示の１６種である。
【００２１】
後述する本実施例のドット発生処理工程では、これら１６種類のドットパターン判定マトリックスと、既に２値化された周辺画素のドットの発生具合とを比較する。周辺画素のドットがパターン６及びパターン８〜パターン１１（ドット発生パターン）と一致する場合は、注目画素にドットを発生させる。パターン７（ドット非発生パターン）と一致する場合は、注目画素にドットを発生させない。それ以外の場合は、注目画素にドットを発生させるか否かを次の誤差拡散処理工程で決定する。
【００２２】
図４は入力画像信号Ｓ、その複製画像信号Ｃ、画像処理後の出力画像信号Ｏを表している。各画像はいずれも主走査方向サイズがｍ画素、副走査方向サイズがｎ画素で構成され、主走査方向がｘ番目、副走査方向がｙ番目の画素の濃度値を、入力画像信号ではＳ（ｘ，ｙ）、複製画像信号ではＣ（ｘ，ｙ）、出力画像信号ではＯ（ｘ，ｙ）で表現している。ここで、複製画像信号Ｃは後述する誤差拡散処理工程の誤差計算及び誤差分配に使用するためのもので、画像処理後の２値画像は出力画像信号Ｏに格納される。
【００２３】
以下、一実施例による画像処理方式を説明する。図５は画像処理工程のフローチャートである。まずステップS100で、入力画像信号Ｓを複製画像信号Ｃにコピーする。次に、入力画像の量子化処理のため、ステップS110で副走査方向の画像サイズであるｎ回数分の繰り返し処理を、ステップS120で主走査方向の画像サイズであるｍ回数分の繰り返し処理を行い、入力画像を順次走査する。
【００２４】
次に、ステップS130からステップS160の量子化処理を説明する。先ず、ステップS130で、フラッグ（flag）を初期化（０）する。このフラッグは、後述するステップS150のドット発生処理工程と、ステップS160の誤差拡散処理工程において使用する。次に、ステップS140の濃度判定処理工程で、入力画像信号Ｓの注目画素の濃度Ｓ（ｘ，ｙ）を予め定めた所定濃度値Ｔ１およびＴ２と比較する。
【００２５】
所定濃度値Ｔ１およびＴ２は、入力画像信号Sの注目画素をステップS150のドット発生処理工程で量子化するか否かを判定する閾値である。本実施例では、千鳥格子状のドットが発生しないように制御するステップS150のドット発生処理工程が、入力画像信号の低濃度域と高濃度域を除いた中濃度域（濃度32から224の範囲）で実行されるように、Ｔ1＝32、Ｔ2＝224とする。これらの所定濃度値Ｔ１及びＴ２は出力装置の特性に応じて適宜調整が可能である。
【００２６】
次に、ステップS140の濃度判定処理工程での比較の結果、濃度Ｓ（ｘ，ｙ）が所定濃度値Ｔ１より大きくかつＴ２より小さい場合には、ステップS150のドット発生処理工程を実行した後で、ステップS160の誤差拡散処理工程を実行する。一方、ステップS140の濃度判定処理工程での比較の結果、濃度Ｓ（ｘ，ｙ）が所定濃度値Ｔ１より小さい、あるいはＴ２より大きい場合には、直ちにステップS160の誤差拡散処理工程に移行する。以上の処理を全画素に対して順次行うことで画像処理が完了する。
【００２７】
図６は、図５のステップS150のドット発生処理工程の詳細フローである。先ず、ステップS200において、注目画素近傍の既に２値化された周辺画素に対するドットの発生具合を、１６種類のドットパターン判定マトリックスと比較する。比較の結果、前述したドット発生パターン（パターン６及びパターン８〜パターン１１）と一致する場合には、ステップS210において出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ，ｙ）を１に設定し、注目画素にドットを発生させる。その際の量子化誤差ＥＲＲに複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ，ｙ）から２５５を引いた値を代入する（ステップS240）。
【００２８】
一方、ステップS200の比較の結果、ドット非発生パターン（パターン７）と一致する場合には、ステップS220において出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ，ｙ）を０に設定し、注目画素のドットを発生させない。その際の量子化誤差ＥＲＲに複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ，ｙ）を代入する（ステップS250）。
【００２９】
さらに、ステップS200の比較の結果、注目画素近傍の既に２値化された周辺画素に対するドットの発生具合がドット発生パターンにもドット非発生パターンにも該当しない場合（それ以外の場合）には、フラッグに１を設定し（ステップS230）、２値化処理を、次の誤差拡散処理工程に委ねる。
【００３０】
図７に、誤差拡散処理工程の詳細フロー示す。先ず、ステップS300で、ドット発生処理工程における注目画素が既に２値化されたか否かを、フラッグに１がセットされているか否かで調べる。フラッグが１の場合は、まだ２値化されていないので、ステップS310からの２値化処理を行う。一方、フラッグが１でない場合は、ドット発生処理工程で２値化が終了しているので、ステップS310からの２値化処理を飛ばして、ステップS360に移動する。
【００３１】
次に、ステップS310からステップS350までの２値化処理を説明する。先ず、ステップS310において、複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ，ｙ）と誤差拡散処理閾値Ｔ３とを比較する。本実施例では、誤差拡散処理閾値Ｔ３は入力画像信号Ｓの取りうる値の中間値である１２８としているが、これに限られるものではない。
【００３２】
ここで、複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ，ｙ）が誤差拡散処理閾値Ｔ３以上であれば、注目画素にドットを発生させるために、出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ，ｙ）を１に設定する（ステップS320）。そして、量子化誤差ＥＲＲに複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ，ｙ）から２５５を引いた値を代入する（ステップS340）。一方、複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ，ｙ）がＴ３より小さい場合は、ドットを発生させないので、出力画像信号Ｏの注目画素の濃度Ｏ（ｘ，ｙ）を０に設定する（ステップS330）。その際の量子化誤差ＥＲＲには、複製画像信号Ｃの注目画素の濃度Ｃ（ｘ，ｙ）を代入する（ステップS350）。
【００３３】
最後に、量子化誤差ＥＲＲを注目画素近傍の周辺画素に分配する（ステップS360）。その際の量子化誤差ＥＲＲの分配先画素とその分配率は、図３の重み付け係数マトリックスにより決定する。
【００３４】
図３の重み付け係数マトリックスでは、注目画素近傍の４画素を式（７）から式（１０）のように分配する。
C(x+1,y)＝C(x+1,y)＋7／16＊ERR        …（７）
C(x−1,y+1)＝C(x−1,y+1)＋3／16＊ERR  …（８） 
C(x,y+1)＝C(x,y+1)＋5／16 ＊ERR      …（９） 
C(x+1,y+1)＝C(x+1,y+1)＋1／16＊ERR  …（１０）
本実施例では、図３の重み付け係数マトリックスを使用したが、これに限定されるものではない。例えば、図８の重み付け係数マトリックスを使用することも可能である。図８の重み付け係数マトリックスを使用すると、より多くの演算が必要になるが、量子化誤差が広範囲に分散される。このため、図３の重み付け係数マトリックスを使用したときより、特有な構造の模様（テクスチャ）の発生を抑えることができる。これで、１画素に対する誤差拡散処理工程は終了であり、次の画素に処理を移す。
【００３５】
以上説明した通り、中濃度域において注目画素近傍の既に量子化された周辺画素のドット発生具合から注目画素でのドット発生を制限しつつ誤差拡散法により２値化する。その際、予め定めたドットパターン判定マトリックスを用いて中間濃度付近での千鳥格子パターンの発生を抑えることで、中濃度域にかけてのドット潰れを軽減し、良好な画質を得ることができる。
【００３６】
（実施例２）
図９は、本発明の画像処理装置の実施例に係る印刷システムの概略構成を示すブロック図である。この印刷システムは主に、ホストコンピュータ３１と、それによって制御されるプリンタ３２から構成される。ホストコンピュータ３１はアプリケーションソフト３３とプリンタドライバ３４などを備え、プリンタ３２はコントローラ３５とプリンタエンジン３６を備えている。
【００３７】
本実施例の画像処理プログラムは図５に示した工程を有し、アプリケーションソフト３３又はプリンタドライバ３４若しくはコントローラ３５のいずれかに格納されており、プリンタ３２で画像形成される際の画像処理に用いられる。
【００３８】
（実施例３）
図１０は、本発明の画像処理装置の実施例に係るプリンタの概略構成を示すブロック図である。プリンタ４１は主に、コントローラ４２とプリンタエンジン４３と操作パネル４４から構成されている。コントローラ４２はＣＰＵ４５、メモリ４６、エンジンＩ／Ｆ４７、バスブリッジ４８、ネットワークＩ／Ｆ４９、ローカルＩ／Ｆ５０、パネルＩ／Ｆ５１、ＨＤＤ５２などを備えている。本実施例に係る画像処理プログラムは図５に示した工程を有し、メモリ４６に格納されていて、プリンタエンジン４３で画像形成される際の画像処理に用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の画像処理方法は、入力画像信号がRGBやCMYKデータ等のカラー信号であっても、それぞれの色信号ごとに適用することが可能なため、カラープリンタやカラー複写機などのカラー出力機にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例によるドットパターン判定マトリックスを示す説明図。
【図２】従来の誤差拡散法に用いる画像信号の説明図。
【図３】一実施例による重み付け係数マトリックスの説明図。
【図４】一実施例による入力画像信号Ｓ、複製画像信号Ｃ、出力画像信号Ｏの説明図。
【図５】本発明の一実施例による画像処理方法を示すフローチャート。
【図６】図５のドット発生処理工程を示すフローチャート。
【図７】図５の誤差拡散処理工程を示すフローチャート。
【図８】重み付け係数マトリックスの別の例を示す説明図。
【図９】本発明の画像処理装置の実施例に係る印刷システムの構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の画像処理装置の実施例に係るプリンタの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４１】
１〜１６…ドットパターン判定マトリックスのパターン、１７，２０…入力画像信号Ｓ、１８，２２…出力画像信号Ｏ、１９…重み付け係数マトリックス、２１…複製画像信号Ｃ、２３…重み付け係数マトリックス、３１…ホストコンピュータ、３２…プリンタ、３３…アプリケーションソフト、３４…プリンタドライバ、３５…コントローラ、３６…プリンタエンジン、４１…プリンタ、４２…コントローラ、４３…プリンタエンジン、４４…操作パネル、４５…ＣＰＵ、４６…メモリ、４７…エンジンＩ／Ｆ、４８…バスブリッジ、４９…ネットワークＩ／Ｆ、５０…ローカルＩ／Ｆ、５１…パネルＩ／Ｆ、５２…HDD。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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