(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誤差拡散法により多値画像を２値画像に変換する画像処理装置であって、
注目画素におけるしきい値処理で発生した誤差を拡散重み付け係数に従って周辺画素に拡散させる誤差拡散手段と、
前記多値画像の画素値または２値画像への変換の際に用いられるしきい値に所定のパターンを加算する加算手段とを備え、
前記拡散重み付け係数は、前記２値画像のドットを集中させ万線パターンを発生させるように、注目画素からの距離に応じて単調減少し０に至るものであり、かつ０に至るまでの距離が方向によって変化するものであり、その大きさを高さで示すと、誤差を拡散する方向について前記注目画素を中心とするピラミッド形状となるものであり、
前記所定のパターンは、その周期が前記万線パターンの周期と同じであることを特徴とする、画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は画像処理装置に関し、特に誤差拡散法によりドット集中型のハーフトーン処理を行ない、高解像度と高階調表現力とを両立させることができる画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真においては、出力されるドットを安定させるためにドット集中型のディザ法を使うことが多い。しかしながら、ディザ法には階調性と解像度とが両立しにくいという欠点がある。すなわち、高い解像度をねらってディザパターンを小さくすると階調性が損なわれ、逆に高い階調性をねらってディザパターンを大きくすると解像度が損なわれるのである。
【０００３】
たとえば、現在主流となっている６００ｄｐｉ程度の解像度を有するプリンタで１５０線の高い解像度を得ようとすると、４×４のディザパターンを用いることとなる。すると、４×４＝１６階調の表現しかできなくなるため、自然な画像の表現を行なうことができなくなる。自然な画像の表現には少なくとも６０階調程度の階調数が必要となるからである。また、６０階調程度の階調性を実現するために、８×８程度のディザパターンを用いると、今度は解像度が７５線に低下してしまう。
【０００４】
Reiner Eschbachは、ドット集中型のハーフトーニングにおいて階調性と解像度とを両立させるために、誤差拡散法でのしきい値に大きなディザパターンを付加することによってドットを集中させる方法を提案している。この方法によってドットを集中させるためには、入力レンジの５倍程度の大きな信号（ディザパターン）をしきい値に加えなければならない。この方法においては、大きなパターン信号を加えることになるため、画像の鮮鋭度が低下する。そのため、エッジ強調処理を併用する必要がある。また、しきい値に加えるパターンとして万線型のパターンを加えることが困難であるという問題がある。また、この方法においては、確かに階調性と解像度とを両立させることができるが、画像の木目細かさが今一つであるという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように画像処理にディザ法を採用した場合には、解像度と階調性とが両立しないという問題がある。一方、Reiner Eschbachの誤差拡散法を採用した場合には、（１）画像の粒状性がディザ法に比べてよくならない、（２）万線型のパターンを用いることが困難である、（３）黒文字などを鮮明に出力するためにはエッジ強調処理（たとえばしきい値を入力に逆比例させるなど）が必要となる、（４）入力によってテクスチャが大きく変化することで擬似輪郭が発生する、という問題がある。
【０００６】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、ドット集中型のハーフトーン処理を行なうことができ、かつ解像度と階調性とを両立させる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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、画像処理装置は、誤差拡散法により多値画像を２値画像に変換する画像処理装置であって、注目画素で発生した誤差を拡散重み付け係数に従って周辺画素に拡散させる誤差拡散手段を備え、拡散重み付け係数は、注目画素からの距離に応じて単調減少し０に至るものであり、かつ０に至るまでの距離が方向によって変化するものであることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは画像処理装置は、誤差拡散手段によって出力画像に発生するパターンに関連するパターンを、多値画像の画素値または２値画像への変換の際に用いられるしきい値に加算する加算手段をさらに備える。
【０００９】
好ましくは加算手段により加算されるパターンは、誤差拡散手段によって出力画像に発生するパターンと類似するパターンであることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは加算手段により加算されるパターンは、誤差拡散手段によって出力画像に発生するパターンに対して所定の角度を有するパターンであることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは画像処理装置は、カラー画像を処理する際に、各色ごとに拡散重み付け係数を変えることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは画像処理装置は、カラー画像を処理する際に、各色ごとにパターンを変えることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは画像処理装置は、カラー画像を処理する際に、少なくとも１色の画像の処理において、画像の方向を反転させた後に誤差拡散処理を行ない、再度反転させることを特徴とする。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、画像処理装置は、誤差拡散法により多値画像を２値画像に変換する画像処理装置であって、出力される画像に万線パターンを生じさせる拡散重み付け係数を用いることを特徴とする。
【００１５】
この発明のさらに他の局面に従うと、誤差拡散法により多値画像を２値画像に変換する画像処理装置は、注目画素で発生した誤差を、注目画素から離れるに従って単調に減少するように拡散する誤差拡散手段と、誤差拡散手段により出力画像上に発生するパターンに関連したパターンを入力またはしきい値に加算する加算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
好ましくは加算手段が加算するパターンは、誤差拡散手段により出力画像上に発生するパターンと類似のパターンであることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは加算手段が加算するパターンは、誤差拡散手段により出力画像上に発生するパターンに対して所定の角度を有するパターンであることを特徴とする。
【００１８】
好ましくはカラー画像を処理する際、加算手段が加算するパターンは、各色毎に角度が異なったパターンであることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下に、本発明の第１の実施の形態における画像処理装置について説明する。本実施の形態における画像処理装置では、画像処理の方法として誤差拡散法を採用している。そして、誤差拡散法における拡散重み付け係数の分布を調整することで、出力される画像のドットが集中するようにした。
【００２０】
拡散重み付け係数の分布によるドットの集中化を行なうと、ドットが集中する場所は入力信号によって決まるようになる。これにより、ドット集中型の画像でありながら、高解像度を有する画像を得ることができる。また、誤差拡散法を用いているため、階調再現性もよい。したがって、本実施の形態における画像処理装置では、電子写真向けのハーフトーニングを行なうことができる。
【００２１】
さらに、本実施の形態においては出力される画像の鮮鋭度も高いため、エッジ強調処理が不要である（もちろんエッジ強調処理を行なってもよい）。
【００２２】
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が実行する誤差拡散法のアルゴリズムを示す図である。図を参照して、入力（１つの画素の濃度値）に対して近傍の画素からの誤差が減算器１０１によって減算される。減算された値がしきい値処理部１０５によりしきい値処理され出力される。しきい値処理後の値からしきい値処理前の値が減算器１０３により減算され、その値が誤差としてまだ出力値が決定されていない画素に分配されていく。
【００２３】
誤差は一旦発生するとそれが出力値の平均値としてどこまでも分配されていくため、広い面積で見れば平均値として入力値が再現される（階調性の保証）。入力値の変化はすぐに出力に反映されるため、解像度も高い。
【００２４】
誤差拡散法においては、誤差をどのように周囲の画素に分配するかに自由度がある。誤差を周囲の画素に分配する重み付けを変えるとドットが並ぶパターンが発生する。
【００２５】
図２は、本実施の形態における画像処理装置が注目画素（処理の対象となっている画素）で発生した誤差を周辺画素に拡散させるときに用いられる拡散重み付け係数を示す図である。
【００２６】
Ｘで示される画素（注目画素）で生じた誤差が、１〜３の数字で示される画素に分配されていく。誤差は、３で示される画素に３／４０だけ分配され、２で示される画素に２／４０分配され、１で示される画素に１／４０分配される。
【００２７】
また、図２に示されるように拡散重み付け係数は、注目画素Ｘからの距離に応じて単調減少し、最後には０に至るものであり、かつ０に至るまでの距離が方向によって変化していることを特徴としている。すなわち、注目画素Ｘを中心としてその右方向および下方向よりも右下方向および左下方向の方が重み付け係数が０に至るまでの距離が長い。
【００２８】
これにより、図３に示されるように注目画素を中心として右下方向および左下方向には遠くまで誤差が拡散される（誤差の拡散が強い）。これに対し、注目画素の下方向においては誤差が近くまでしか拡散されない（誤差の拡散が弱い）。なお、重み付け係数を高さで示すと、図４に示されるように注目画素を中心としたピラミッド形状となる。
【００２９】
図５は、本実施の形態における画像処理装置の出力結果を示す図である。図２に示されるような重み付け係数を採用することにより、出力される画像のドットは縦に万線状に連続して並びやすくなる。万線の間隔（図５においては４画素）は、誤差の拡散の範囲に比例する。
【００３０】
図６は、拡散重み付け係数の他の例を示す図である。この拡散重み付け係数は注目画素Ｘからの距離に応じて４→３→２→１→０と単調減少している。また、０に至るまでの距離は図２と同様に右下および左下方向において長く、左右および下方向において短いという特徴を有している。図７は、図６の拡散重み付け係数によって誤差拡散処理を行なった画像を示す図である。図７に示されるように、この重み付けによると５画素ごとにドットが集中し、万線パターンが現れている。
【００３１】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態においては拡散重み付け係数の調整のみによってドットを集中させるようにしたが、これだけではドット集中のパターンが不安定になるため、第２の実施の形態においては誤差拡散法におけるしきい値にパターンを付加している。すなわち、拡散重み付け係数の調整によって出力画像に発生するパターンに関連するパターンを、しきい値に加算することにより、出力される万線パターンを安定させるものである。入力信号の変化が緩やかなところでは、付加した万線パターンに沿ってドットが集中するため、規則正しい万線パターンを得ることができる。
【００３２】
図８は、第２の実施の形態における画像処理装置が実行する誤差拡散法のアルゴリズムを示す図である。この実施の形態においては、パターン発生部１０７においてパターン信号を発生させ、それを加算器１０９によりしきい値に加算させることで、しきい値を修正し、その修正されたしきい値をしきい値処理部１０５における処理に用いることとしている。
【００３３】
なお、本実施の形態においては図８に示されるようにしきい値にパターンを加えることとしたが、これに代えて図９に示されるように入力信号（処理の対象となる多値画像の画素値）にパターン発生部１０７により発生されたパターンを加算するようにしてもよい。
【００３４】
図１０は、パターン発生部１０７が発生するパターンを説明するための図である。処理の対象となる画素に番号を付与し、画素の番号ごとに加える信号を変化させる。Ｐを信号の強さ、ｉを画素の番号、ｉ％４をｉを４で割ったときの余りと定義すると、パターン信号は、
Ｐ（ｉ％４−１．５）／４
で表わされる。なお、入力が０〜１の範囲にあるときには、パターン信号を入力信号の１０％程度とするため、Ｐ＝０．１程度とすることが望ましい。
【００３５】
図１１は、第２の実施の形態における画像処理装置の出力する画像を示す図である。図に示されるように、本実施の形態においてはしきい値（または入力値）に若干の万線パターンを加えることで画像を安定させることが可能となる。
【００３６】
［第３の実施の形態］
第１および第２の実施の形態における画像処理方法は、ドット集中型でありながら階調性と解像度とを両立させることができる方法であるが、擬似輪郭が若干発生するという問題がある。
【００３７】
たとえば、図１２に示されるようなグラデーションを有する多値画像を第２の実施の形態における画像処理装置で処理した結果を図１３に示す。図１３を参照して、この例では横方向に４画素ごとにドットが集中し万線が形成されている。４画素ごとにドットが集中する場合、入力値が１／４の倍数となるところでドット配列が完全にライン状の成分だけになる。図１３の例では、画像の中央付近でドット密度が１／４となっている。この部分においてラインのみで画像が構成される領域が必要以上に続くので、灰色の帯のように人間の目には見えることになる。この部分が、擬似輪郭になるのである。
【００３８】
そもそもドットがライン状に並ぶのは、拡散重み付けの強さが方向によって違うからである。一旦ライン状にドットが並び始めると、その状態をキープするようにデータが処理されてしまう。その原因について以下に説明する。
【００３９】
図１４を参照して、第２の実施の形態においては４画素周期で同様のしきい値処理がなされる。ここで便宜的に画素の列を、列番号を４で割ったときの余りで呼ぶことにする。つまり余り１の列とは、列番号を４で割ったときの余りが１となる列のことである。
【００４０】
図１４を参照して余り０の列では、しきい値が最も小さいため、他の列よりもドットが出やすい。逆に余り３の列ではしきい値が大きいため、ドットが出にくくなっている。万線は一般にドットが出やすい余り０の列で発生することになる。
【００４１】
図１５に示されるように、入力が１／４のとき、出力画像においては余り０の列にドットが出力され続ける。そして、他の列にはドットは出力されない。これにより、ラインの成分のみからなる画像が出力される。入力が１／４よりわずかに大きいときは、出力される画像は、図１５の出力に加えて、余り１の列にドットを少し追加したような形になる（図１６）。逆に、入力が１／４よりわずかに小さいときには、出力画像は図１５の状態からドットを少し間引いたような形になる（図１７）。
【００４２】
入力が１／４よりわずかに大きいとき、余り０の列では（しきい値が小さいにもかかわらず）誤差により修正された入力値（修正入力）が他の列の画素よりも（もちろん余り１の列の画素よりも）大きくなる。これは、他の方向に比べて縦方向の拡散重み付けが小さい（弱い）ためである。このため安定して余り０の列では縦方向にドットが連なって出力されるのである。
【００４３】
グラデーションにより入力値が小さくなっていき、１／４よりも小さくなると、今度は余り０の列でドットが所々出力されなくなる状態（図１７）に移行しなければならない。ところが、入力が１／４よりも大きいときに、修正入力がしきい値から離れて大きくなってしまっているので、しきい値よりも小さくなってドットが出力されなくなるためには、一定の距離が必要である。これが不必要に長くなるため、ライン状の成分だけの領域（図１５）が続いてしまうのである。
【００４４】
第３の実施の形態においては上述問題を解決するために、しきい値（または入力値）に加える万線パターンの位置を少しずつ横方向に移動させている。こうすれば、パターンにより修正された入力値やしきい値が、ある列のみで大きくなりすぎることを防止することができる。また、列ごとの画素値の不均一を隣の列に万線を移動することで解消することができる。
【００４５】
具体的には、図１０に示されるパターンに代えて、図１８に示されるパターンをしきい値または入力値に付与する。これにより、図１３に示される画像を図１９に示されるような画像に変化させることができ、擬似輪郭の発生を防止することができる。なお、図１８に示されるパターンは、画素の行と列を（ｉ，ｊ）で表わすと、
Ｐ×（（ｉ／３＋ｊ）％４−１．５）／３
の式で求めることができる。
【００４６】
このように、本実施の形態においては拡散重み付け係数によって出力画像に発生するパターンに対して、所定の角度を有するパターンをしきい値などに加えることにより、擬似輪郭の発生などを防止している。
【００４７】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態においては、フルカラー印刷を行なうときの色モアレを防止するため、各々の色で異なったドットの集中パターンが発生する処理を行なっている。
【００４８】
上述の第１〜第３の実施の形態で出力される画像には万線型（ドットが１方向に連なる型）のパターンが発生する。すなわちパターンの周期性は１方向にしかない。２方向に周期性がある一般的なディザパターンと違って、パターンの回転方向には１８０°の自由度がある。したがって、カラー画像を処理する際に各色ごとにパターンの方向を変えることで、第４の実施の形態においてはカラー画像の色モアレを防止している。
【００４９】
異なる２つのパターンのなす角度は、図２０に示されるように大きければ大きいほどよい。また、水平方向または垂直方向に万線パターンを発生させることは視感度が強まるため避けるべきである。また、カラー印字の場合にはＣＭＹＫの４色が必要となるため、４種類の異なった角度の万線を用いることが望ましい。そこで、本実施の形態においては図２１に示されるようにＣＭＹＫのそれぞれに対応させて２０°方向の万線、７０°方向の万線、１１０°方向の万線、１６０°方向の万線をパターンとして用いることとしている。
【００５０】
７０°の万線パターン（Ｃに対応する万線パターン）を出力させるためには、図２に示される拡散重み付け係数と、図１８に示されるパターンを用いるとよい（図１９に示される画像参照）。
【００５１】
１１０°の万線パターンを発生させるためには、図２に示される拡散重み付け係数を用い、図２２に示されるパターン（１１０°方向の万線パターン）を用いればよい。この方法では、高ドット密度領域（６０％以上）でややテクスチャが不安定になる傾向がある。高ドット密度領域でのテクスチャの安定性を求める場合には、７０°方向の処理を施した画像を反転して用いる方がよい。より詳しくは図２３（Ｂ）で示されるように、元の画像の左右を一度反転させ、反転させた画像に対し７０°方向に万線パターンが生じる画像処理を行なった後、再びその画像の左右を反転させるものである。これにより、１１０°方向の万線パターンを持つ画像を得ることができる。
【００５２】
なお、反転するとはいっても、実際の処理では左右反対方向から画像データを読出して処理し、結果を反対方向に書出すだけなので、特に処理が増えるわけではない。
【００５３】
図２３の例では原画像をそのまま７０°の万線パターンが生じるように処理したハーフトーン画像（Ａ）をマゼンタ（Ｍ）の色に対応させて作っておき、（Ｂ）の処理で示されるようにイエロー（Ｙ）の画像は一旦左右を反転させた後に７０°の万線パターンが生じる画像処理を行ない、それを再度反転させることにより１１０°の方向の万線パターンを有する画像を得ている。
【００５４】
１６０°方向のパターンを得るには、図２４に示される拡散重み付け係数を用いる必要がある。図２４に示されるような拡散重み付け係数を用いると、１３５°方向にドットが並びやすくなる。１３５°方向の万線では、万線パターンよりわずかに入力が大きくなったときに図２５に示されるような３つのドットの塊ができて、画面の滑らかさが著しく損なわれる。これを避けるためにも万線の方向は１３５°方向から大きくずらすべきである。
【００５５】
そこで、擬似輪郭などの問題を避けるためにも、図２４の拡散重み付け係数を用い、しきい値や入力値に図２６に示されるような１６０°方向の万線パターン信号（入力レンジの１５％程度）を加えることで、万線が１６０°方向に発生する処理を行なう。１６０°方向の万線を出力する処理は、７０°方向の万線を出力する処理と比較すると、ややテクスチャが悪くなるが、ファットディザ法を採用するよりも解像度および階調性をともによくすることができる。
【００５６】
なお、図２６に示されるパターン信号は、
Ｐ×（（ｉ−ｊ／３）％４−１．５）／３
により求めることができる。
【００５７】
ここで、Ｐは０．１５程度にすることが好ましい。
２０°方向の万線パターンは、１６０°方向の万線パターンを得るときに用いた拡散重み付け係数を用いて、しきい値などに加える万線パターン信号を２０°方向にしてもよいし、１６０°の万線を出力する処理を用いて図２３と同様に画像の反転を行なうことで２０°方向の万線パターンを作るようにしてもよい。
【００５８】
［第５の実施の形態］
上述の実施の形態においては、出力される画像が鮮明になる分、ドットの遅延が目立つことになる。その対策として、第５の実施の形態においてはしきい値を入力値に依存させて変化させている。すなわち、第５の実施の形態においては図８および図９に示される処理に代えて、図２７および図２８に示される処理を採用している。図２７および図２８においては、入力値に応じてしきい値算出部１１１によりしきい値を変化させている。
【００５９】
図２９は、しきい値算出部１１１のしきい値算出処理を示す図である。この例においては、しきい値算出部１１１がしきい値として、０．８×入力値＋０．１のしきい値を発生させることにしている。すなわち、入力信号が０であるときしきい値は０．１となり、入力信号が１であるときしきい値は０．９となる。
【００６０】
このような処理を行なうことにより、ドットの遅延を減少させることができる。
【００６１】
ただし、ドット遅延対策をあまり強くしすぎると、しきい値に加えたパターン信号の影響で入力が白から黒（またはその逆）に移行するときに輪郭線がギザギザになることがあるため注意が必要である。しきい値が０〜１の間に収まるように設定すれば特にこの問題は生じないものと考えられる。
【００６２】
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】
【図１】  本発明の第１の実施の形態における画像処理装置が実行する誤差拡散法のアルゴリズムを示す図である。
【図２】  第１の実施の形態における画像処理装置で用いられる拡散重み付け係数を示す図である。
【図３】  図２の拡散重み付け係数による誤差拡散の特性を説明するための図である。
【図４】  拡散重み付け係数の減少量を説明するための図である。
【図５】  第１の実施の形態における画像処理の結果を示す図である。
【図６】  拡散重み付け係数の変形例を示す図である。
【図７】  図６の拡散重み付け係数による画像の処理結果を示す図である。
【図８】  第２の実施の形態における画像処理装置が実行する誤差拡散法のアルゴリズムを示す図である。
【図９】  図８のアルゴリズムの変形例を示す図である。
【図１０】  第２の実施の形態においてしきい値に付与されるパターンを示す図である。
【図１１】  第２の実施の形態における画像の出力結果を示す図である。
【図１２】  グラデーション画像の例を示す図である。
【図１３】  図１２の画像を第２の実施の形態により処理した後の画像を示す図である。
【図１４】  擬似輪郭の発生原因を説明するための図である。
【図１５】  入力値が１／４であるときの画像出力を示す図である。
【図１６】  入力値が１／４よりわずかに大きいときの画像の出力を示す図である。
【図１７】  入力値が１／４よりわずかに小さいときの画像の出力を示す図である。
【図１８】  第３の実施の形態においてしきい値に付与されるパターンを示す図である。
【図１９】  第３の実施の形態の効果を説明するための図である。
【図２０】  万線パターンの重ね合わせについて説明するための図である。
【図２１】  第４の実施の形態における処理を説明するための図である。
【図２２】  １１０°方向の万線パターンを発生させるためのパターンを示す図である。
【図２３】  画像を反転させた後にハーフトーン処理を行ないさらに画像を反転させる処理を説明するための図である。
【図２４】  １６０°方向の万線パターンを発生させるための拡散重み付け係数を示す図である。
【図２５】  １３５°方向の万線パターンの問題点を説明するための図である。
【図２６】  １６０°方向の万線パターンを発生させるためのパターンを示す図である。
【図２７】  第５の実施の形態における画像処理装置が実行する誤差拡散法のアルゴリズムを示す図である。
【図２８】  図２７のアルゴリズムの変形例を示す図である。
【図２９】  第５の実施の形態においてしきい値算出部１１１が出力するしきい値を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１，１０３  減算器、１０５  しきい値処理部、１０７  パターン発生部、１０９  加算器、１１１  しきい値算出部。
【図１】
0004135293.tif 000002
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
0004135293.tif 000022
【図２２】
0004135293.tif 000023
【図２３】
0004135293.tif 000024
【図２４】
0004135293.tif 000025
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
0004135293.tif 000030