(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す入力信号を、前記所定の階調数より少ない階調数の信号に変換する画像処理装置であって、
前記入力信号の濃度レベルが第１の範囲内にあるときに、前記入力信号を第１のしきい値と比較して第１階調あるいは第２階調の信号を出力する第１の出力手段と、
前記入力信号の濃度レベルが前記第１の範囲に続く第２の範囲内にあるときに、前記入力信号を第２のしきい値と比較して第２階調あるいは第３階調の信号を出力する第２の出力手段と、
前記第１の範囲と前記第２の範囲との境界において、前記第１のしきい値と前記第２のしきい値との間に、前記第１の範囲内の前記境界に近接した濃度レベルと対応する前記第１のしきい値との差分に応じて蓄積される誤差の絶対値、および、前記第２の範囲内の前記境界に近接した濃度レベルと対応する前記第２のしきい値との差分に応じて蓄積される誤差の絶対値のいずれについても相対的に小さな値に維持できる所定のギャップが生じるように、前記第１および第２のしきい値を制御する制御手段とを備えた、画像処理装置。
【請求項２】
前記所定のギャップは、出力される信号を０〜１の範囲に正規化した場合において、０．１〜０．２の範囲内にあるいずれかの値に設定される、請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す入力信号を、前記所定の階調数より少ない階調数の信号に変換する画像処理装置であって、
前記入力信号の濃度レベルが第１の範囲内にあるときに、前記入力信号を第１のしきい値と比較して第１階調あるいは第２階調の信号を出力する第１の出力手段と、
前記入力信号の濃度レベルが前記第１の範囲に続く第２の範囲内にあるときに、前記入力信号を第２のしきい値と比較して第２階調あるいは第３階調の信号を出力する第２の出力手段と、
前記第１の範囲と前記第２の範囲との境界において、前記第１のしきい値と前記第２のしきい値との間に、所定のギャップが生じるように、前記第１および第２のしきい値を制御する制御手段とを備え、
前記所定のギャップは、出力される信号を０〜１の範囲に正規化した場合において、０．１〜０．２の範囲内にあるいずれかの値に設定される、画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は画像処理装置に関し、特に疑似輪郭の発生を抑えることができる画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す入力信号を、その所定の階調数より少ない階調数の信号に変換する画像処理装置が知られている。また、階調を低減させた場合においても入力信号の濃度レベルを全体として再現するための手法として、誤差拡散法が知られている。
【０００３】
図１２は、入力値の階調を低減させて出力する、誤差拡散法を採用した画像処理装置の構成を示すブロック図である。ここでは、２種類のドットを用いて入力画像を３値化する場合を例にとり説明する。すなわち、濃いドットであるドット２と薄いドットであるドット１とドットなし（ドット０）の３つの状態により画像を再現するものである。
【０００４】
図を参照して、この装置は０〜１の範囲の数値からなる１つの画素の濃度レベル（多値）を入力値として入力し、ドット０，１，２のいずれかを出力する。
【０００５】
このような場合、入力値がどの範囲に属するかの判別が行なわれ、それぞれの範囲において２値化が実行される。ここでは、範囲を０〜０．５と、０．５〜１との２つとしている。すなわち、入力値が０〜０．５の範囲にあるときには、ドット０またはドット１のいずれかが出力され、入力値が０．５〜１の範囲にあるときには、ドット１またはドット２のいずれかが出力される。このようにして、画像の再現が行なわれる。
【０００６】
より詳しくは図１２を参照して、画像処理装置は、減算器１０３，１０７と、しきい値処理部１０５とから構成されている。減算器１０３は、入力された濃度レベル（入力値）からその近傍の画素の誤差（補正値）を減算する。
【０００７】
しきい値処理部１０５は、所定のしきい値（たとえばここでは０．２５，０．７５）と減算器１０３の出力ｘとを比較する。そして、ｘ＜０．２５であれば０を、０．２５≦ｘ＜０．７５であれば０．５を、ｘ≧０．７５であれば１を出力する。しきい値処理部１０５の出力が０であれば、ドット０が出力される。しきい値処理部１０５の出力が０．５であればドット１が出力され、しきい値処理部１０５の出力が１であればドット２が出力される。
【０００８】
しきい値処理部１０５の出力結果から減算器１０３の出力ｘが減算器１０７によって減算され、当該画素の誤差（補正値）とされる。誤差は近傍の画素へと拡散される。
【０００９】
図１３は、入力された画像データの濃度と出力されるドットの密度との関係を示す図である。入力が０→０．５となる範囲において、ドット１の密度が０→１へと上昇する。入力が０．５→１となる範囲において、ドット１の密度は１→０へと減少し、代わりにドット２の密度が０→１へと上昇する。これにより、画像全体としては（３）で示されるように、入力と出力との間に比例関係が成立することになる。
【００１０】
また、画像処理装置を図１４のように構成することも可能である。
図１４を参照して、画像処理装置は、入力値がどの範囲に属するかの判別を行なう判別部２０１と、入力値が所定の範囲内となるように入力値の正規化を行なう正規化部２０３と、誤差の減算処理を行なうための減算器２０５と、所定のしきい値（ここでは０．５）に基づいてしきい値処理を行なうしきい値処理部２０７と、範囲の判別結果としきい値処理結果とに基づいて、ドット０，１，２のいずれかを出力する割当部２０９と、誤差を算出するための減算器２１１とから構成されている。なお、ここでは説明の簡略化のため、図１２および図１３と同様に入力値が０〜１でありそれを３値化する場合を例に挙げて説明しているが、判別部２０１において判別する範囲をさらに増やすことにより４値化以上の画像処理を行なうことも可能である。
【００１１】
次に、図１５を参照して、図１４の装置の動作について説明する。図１５（１）に示されるように入力値は０〜１の範囲内に属する。ここで、入力値が０以上０．５未満である場合には、その入力値は範囲ａに属すると判別部２０１により判別され、入力値が０．５以上１以下であるときには範囲ｂに属すると判別される。入力値が範囲ａに属する場合には、図１５（２）に示されるように入力値は０〜１の範囲となるように正規化される。一方、入力値が範囲ｂに属する場合には、図１５（３）に示されるように入力値は０〜１の範囲に属するように正規化される。そして、範囲ａにおいても範囲ｂにおいても０．５のしきい値でしきい値処理部２０７によりしきい値処理が行なわれる。そして、範囲ａにおいては正規化された入力値が０．５以下である場合にはドットを出力しない（ドット０）とされ、０．５を超える場合にはドット１が出力される。
【００１２】
一方、範囲ｂにおいては正規化された入力値が０．５以下である場合にドット１が出力され、０．５を超える場合にドット２が出力される。このようにして、図１４においても図１２および１３に示される処理と同様の処理を行なうことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の誤差拡散法などを採用したフィードバック系のデジタルハーフトーニング技術においては、ドットの切換わり部で図１６に示されるような疑似輪郭が発生するという問題があった。疑似輪郭とは、図１６の右側の拡大図に示されるように特定のドット（図１６では灰色で示したドット１）だけが必要以上に連続して発生する現象のことである。
【００１４】
従来、このような疑似輪郭発生の原因がわからなかったため、その対策としてもっぱら外乱を加えることにより疑似輪郭を目立たなくさせることが行なわれていた。
【００１５】
この発明は疑似輪郭の発生を根本から防ぐことができる画像処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明者は、以上の疑似輪郭の発生の原因を究明し、疑似輪郭の発生を防ぐことができる画像処理装置を発明した。まず、疑似輪郭発生の原因について説明する。
【００１７】
図１７は、誤差が拡散される状態を示す図である。図中の（１）を参照して、入力値が０〜１の値をとり得る場合を想定する。そして、入力値が０〜０．５の範囲（範囲ａ）にあるとき、しきい値０．２５でドット０（ドットなし）とするかドット１とするかを決定する。一方、入力値が０．５〜１の範囲（範囲ｂ）にある時、しきい値０．７５でドット１とするかドット２とするかを決定する。
【００１８】
どの画素においても、入力値が０．４５で一定であったとすると、最初の画素の処理（１）においては、入力値が範囲ａにおいてしきい値０．２５と比較される。そして、入力値＞しきい値であるため、ドット１が出力され、０．５−０．４５＝０．０５の値が誤差として周辺画素に拡散される。
【００１９】
そして、次の画素の処理（２）においては、入力値から誤差Δｘを引いた値がしきい値０．２５と比較される。図１７の処理においては、（１）〜（６）の処理によって誤差が蓄積されていき、（６）の処理において入力値から誤差を引いた値がしきい値０．２５を下回っている。このため、（１）〜（５）の処理ではドット１が出力され、（６）の処理ではドット０（ドットなし）の出力が行なわれることになる。
【００２０】
（６）の処理で誤差が減少することになるため、（７）の処理において再度、入力値から誤差を引いた値がしきい値０．２５を超え、ドット１が出力される。そして（２）以降の処理と同様の処理が行なわれる。このようにして、入力値から誤差を引いた値は、しきい値０．２５付近で揺れ動くことになる。
【００２１】
次に、図１８を参照して、入力値が０．４５（ドットなしが１０％、ドット１が９０％）から０．５５（ドット１が９０％、ドット２が１０％）に変化したときについて考察する。
【００２２】
図１８の（１）に示されるように、入力値が０．４５のとき既にΔｘの誤差が蓄積されていたものとする。ここで、（２）に示されるように入力値が０．５５へ変化したのであれば、Δｘの誤差も引き継がれる。
【００２３】
そして、（２）以降の処理では（１）において蓄積されていた誤差Δｘが解消されてさらに入力値から誤差を引いた値がしきい値０．７５を超えるまで（（９）の処理まで）ドット１が出力され続けることになる。
【００２４】
このようにドット１ばかりが出力される期間が比較的長く（ドットの遅延が生じ）、これが疑似輪郭を引き起こす原因となっていたのである。入力値が０．５５の場合、ドット１が９０％でドット２が１０％の割合で混じるのが通常であるため、本来なら１画素目もしくは２画素目にドット２が出ることが必要である。
【００２５】
そこでこの発明においては、以下のような手段を採用することで疑似輪郭の発生を防ぐことができる画像処理装置を提供することにしている。
【００２６】
すなわちこの発明のある局面に従うと、画像処理装置は、所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す入力信号を、所定の階調数より少ない階調数の信号に変換する画像処理装置であって、入力信号の濃度レベルが第１の範囲内にあるときに、入力信号を第１のしきい値と比較して第１階調あるいは第２階調の信号を出力する第１の出力手段と、入力信号の濃度レベルが第１の範囲に続く第２の範囲内にあるときに、入力信号を第２のしきい値と比較して第２階調あるいは第３階調の信号を出力する第２の出力手段と、入力信号の濃度レベルに応じて第１および第２の出力手段のいずれを使用するかを画素ごとに判別して切換える切換手段と、入力信号の濃度レベルと第１または第２の出力手段から出力された信号との差に基づいて、引き続く画素の濃度レベルを補正する補正値を算出して補正を行なう補正手段と、第１の出力手段から第２の出力手段への切換わり時点、あるいは第２の出力手段から第１の出力手段への切換わり時点において、補正手段が演算する補正値の算出方法を変更する変更手段とを備える。
【００２７】
好ましくは画像処理装置の変更手段は、切換時点において補正値の符号を反転させる。
好ましくは画像処理装置の変更手段は、入力信号の濃度レベルが第１または第２のしきい値をまたいで変化したときにおいても補正値の符号を反転させる。
【００２８】
この発明の他の局面に従うと画像処理装置は、所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す入力信号を、所定の階調数より少ない階調数の信号に変換する画像処理装置であって、入力信号の濃度レベルがどの範囲に属するかを判別する判別手段と、入力信号の濃度レベルが特定の範囲に属する場合に、入力信号の濃度レベルを反転させる反転手段と、入力信号の濃度レベルが所定の範囲内となるように入力信号の濃度レベルの正規化を行なう正規化手段と、正規化された濃度レベルを所定のしきい値と比較し、比較結果を出力する比較手段と、判別手段による判別結果と、比較手段による比較結果とに基づいて、所定の階調数より少ない階調数の信号を出力する出力手段と、比較手段による比較結果と正規化された濃度レベルとに基づいて、引き続く画素の正規化された濃度レベルを補正する補正手段とを備える。
【００２９】
この発明のさらに他の局面に従うと画像処理装置は、所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す入力信号を、所定の階調数より少ない階調数の信号に変換する画像処理装置であって、入力信号の濃度レベルが第１の範囲内にあるときに、入力信号を第１のしきい値と比較して第１階調あるいは第２階調の信号を出力する第１の出力手段と、入力信号の濃度レベルが第１の範囲に続く第２の範囲内にあるときに、入力信号を第２のしきい値と比較して第２階調あるいは第３階調の信号を出力する第２の出力手段と、第１の範囲と第２の範囲との境界において、第１のしきい値と第２のしきい値とが略連続するように第１および第２のしきい値を制御する制御手段とを備える。
【００３０】
好ましくは画像処理装置の制御手段は、第１の範囲と第２の範囲との境界において、第１のしきい値と第２のしきい値との間にわずかなギャップが生じるように制御を行なう。
【００３１】
好ましくは画像処理装置の制御手段は、第１の範囲と第２の範囲との境界において、第１のしきい値と第２のしきい値とが連続するように制御を行なう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【００３３】
この画像処理装置は、図１２に示される画像処理装置と基本的な構成を同じにする。図１２の装置と異なる点として、本実施の形態における画像処理装置は、近傍の画素からの誤差の符号を反転させる反転部１０１と、減算器１０７により算出された誤差の符号を反転させる反転部１０９とを備えている。
【００３４】
反転部１０１と反転部１０９はともに、入力値が０．５以上であるときに、−１を掛ける処理を実行する。また、入力値が０．５未満であるときには、反転部１０１と反転部１０９は何もしない。
【００３５】
すなわち、入力値の属する範囲が切換わった時点において、誤差の算出方法が変更される（より詳しくは、誤差の符号が反転する）。
【００３６】
このような処理を行なうと、入力値が０．５〜１ばかりであるとき、誤差を減算部１０７から他の画素に送り出すときに誤差に−１を掛け、誤差を取込むとき反転部１０１により再び−１を掛けることになるので、誤差の符号は打ち消しあって正常に誤差拡散法による処理が行なわれる。また、入力値が０〜０．５ばかりのときは反転部１０１，１０９は何もしないので、当然に誤差拡散法の処理を正常に行なうことができる。また、入力値が０．５より小さい範囲から大きい範囲に移ったとき（またはその反対のとき）、誤差の符号が反転することになる。これにより、ドット発生の遅延に基づく疑似輪郭の発生を防ぐことができる。
【００３７】
図２は、図１の画像処理装置の動作を説明するための図である。
図を参照して、（１）の状態において、入力値が０．４５であり、下方向（−方向）の誤差が蓄積されていた場合を想定する。そして、（２）の状態で、入力値が０．５を超えて０．５５となったのであれば、反転部１０１および反転部１０９により誤差の符号が反転する。これにより、誤差は上方向（＋方向）となる。これにより、ドット２がすぐに出力されることになる。
【００３８】
これは、入力値が０．５を超える値から０．５未満となった場合も同様である。このような処理により、ドットの遅延が防がれるため、疑似輪郭の発生を抑えることができる。
【００３９】
図３は、図１の画像処理装置の変形例を示すブロック図である。この装置の反転部１０１，１０９は、ともに入力値が０．２５以下のとき、または入力値が０．５以上０．７５以下のとき−１を掛ける処理を実行する。すなわち、本実施の形態においては入力値が範囲をまたいで変化したときのみならず、しきい値をまたいで変化したときにおいても誤差の符号の反転が行なわれる。このように、誤差の反転を細かく行なうようにすると、ドットの遅延そのものを軽減させることができる。
【００４０】
なお、図３に示す装置は２値化処理の場合にも適用可能である。すなわち、２値化処理においても、入力がしきい値をまたいで変化した際に誤差の符号を反転することにより、疑似輪郭を防止することが可能となる。
【００４１】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態における画像処理装置の基本的な構成は図１４に示されるものと同じである。しかしながら、本実施の形態においては入力値が特定の範囲に属する場合（具体的には範囲ｂに属する場合）に、入力値のレベルを反転させ、かつ正規化を行なうものである。また、割当部２０９においても入力値のレベルを反転させた結果を考慮した割当が行なわれる。
【００４２】
具体的には、図５を参照して本実施の形態における画像処理装置において入力値が範囲ａに含まれる場合（入力値が０〜０．５である場合）、行なわれる処理は図１５と同様である。しかしながら、入力値が範囲ｂに属する場合（０．５〜１である場合）、入力値のレベルが反転され、正規化が行なわれる。そして、その正規化された値をしきい値処理することにより、正規化された値が０〜０．５である場合にはドット２が出力され、正規化された値が０．５〜１である場合にはドット１が出力される。これにより、図２の場合と同様に入力値が０．５をまたいで変化したときに誤差の符号が反転することになるため、ドットの遅延を防ぎ、疑似輪郭の発生を防止することができる。
【００４３】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。この画像処理装置の基本的な構成は図１２に示す従来の画像処理装置と同様であるが、本実施の形態においてはしきい値制御部２１１が設けられている。しきい値制御部２１１は、範囲ａと範囲ｂとの境界において、それぞれのしきい値が略連続するようにしきい値を制御する。
【００４４】
図７は、図６のしきい値制御部２１１が出力するしきい値を示す図である。このしきい値制御部２１１は、入力値の変化に合せてしきい値を変化させる。具体的には、入力値が増加するごとにしきい値が増加するように制御が行なわれる。そして、範囲ａと範囲ｂとの間において範囲ａのしきい値と範囲ｂのしきい値との間にわずかなギャップ（０．１〜０．２程度）が生じるように制御が行なわれている。このようにそれぞれのしきい値を略連続とすることにより、範囲ａと範囲ｂの境界付近で誤差の絶対値を小さくすることができる。さらに、しきい値が入力値に応じて比例的に変化しているため、誤差の絶対値を常に小さく維持する効果も達成される。これにより、ドットの遅延に基づく疑似輪郭の発生を防止することができる。また、このようにしきい値を変化させたとしても、入力された画像データの濃度を誤差拡散法により正しく表現することができる。
【００４５】
図８は、図６および７に示される画像処理装置の動作を説明するための図である。（１）の状態を参照して、入力値が０．４５であった場合、しきい値は約０．４となる。したがって、（２）〜（７）に示されるように入力値が０．４５のまま一定である場合には入力値から誤差を引いた値は０．４付近に落ち着く。すなわち、誤差の絶対値が小さく抑えられる。この結果、たとえば入力値を０．４５から０．５５に変化させたような場合でもドットの遅延が生じにくくなる。
【００４６】
すなわち、従来の誤差拡散法においては図９に示されるようにしきい値が入力値によらず各範囲で一定であり、かつ範囲と範囲との境界においてそれぞれの範囲のしきい値との間に大きなギャップがあいていた。これにより、図１８に示されるように誤差の絶対値が大きくなっており、ドットの遅延が生じやすかった。しかしながら、本実施の形態においては図７のように範囲と範囲との境界においてそれぞれの範囲のしきい値が略連続するように制御が行なわれるため、ドットの遅延を防ぐことができるのである。
【００４７】
なお、範囲と範囲との境界において、それぞれの範囲のしきい値が連続するように、図１０に示されるようにしきい値を制御することにしてもよい。このようなしきい値の制御を行なうことによってもドットの遅延を防ぎ、疑似輪郭の発生を防止することができる。
【００４８】
さらに、範囲と範囲との境界において、それぞれの範囲のしきい値の間にわずかなギャップ（たとえば０．１〜０．２程度）が生じるのであれば、図１１に示されるようにしきい値を各範囲で一定となるように制御することにしてもよい。
【００４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の装置の動作を示す図である。
【図３】図１の装置の変形例を示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の装置の動作を説明するための図である。
【図６】第３の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図６のしきい値制御部２１１の動作を示す図である。
【図８】図６の装置の動作を説明するための図である。
【図９】従来の誤差拡散法を用いた画像処理装置のしきい値を説明するための図である。
【図１０】図７に示される制御の変形例を示す第１の図である。
【図１１】図７に示される制御の変形例を示す第２の図である。
【図１２】従来の誤差拡散法を用いた画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２の装置の動作を説明するための図である。
【図１４】誤差拡散法を用いた画像処理装置の他の構成を示す図である。
【図１５】図１４の装置の動作を説明するための図である。
【図１６】従来技術において発生していた疑似輪郭を示す図である。
【図１７】疑似輪郭が発生する仕組みを説明するための第１の図である。
【図１８】疑似輪郭が発生する仕組みを説明するための第２の図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１，１０９  反転部、１０３，１０７  減算部、１０５  しきい値処理部、２１１  しきい値制御部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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