(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２値ハーフトーン画像の明るさ／暗さの調節方法であって、
１又は０の一方である第１値をもつ複数の明るい画素と１又は０の他方である第２値をもつ複数の暗い画素について２値ハーフトーン画像を定義するディジタル画像データを受け取るステップであって、前記２値ハーフトーン画像を、各セルが複数の隣接画素で構成される、複数のセルによって形成するステップと、
もし前記２値ハーフトーン画像を明るくするべきであれば、前記複数の明るい画素のそれぞれについて前記明るくすべき量に応じて前記１と前記０の間として定められるダイナミックレンジの１０％までの数値の間の選択値だけ前記第２値から遠ざかる方向に前記第１値を調節し、該調節した第１値と前記第２値とを有する明るくした２値画像を形成するステップと、
もし前記２値ハーフトーン画像を暗くするべきであれば、前記複数の暗い画素のそれぞれについて前記暗くすべき量に応じて前記ダイナミックレンジの１０％までの数値の選択値だけ前記第１値から遠ざかる方向に前記第２値を調節し、該調節した第２値と前記第１値とを有する暗くした２値画像を形成するステップと、
前記明るくした２値画像の画素の全て又は前記暗くした２値画像の画素の全てを物理的に実現可能な状態に量子化するように前記明るくした２値画像又は前記暗くした２値画像に誤差拡散操作を実施して、前記セルにおいて前記明るい画素に隣接して、前記明るくした２値画像による明るい画素を加え、又は、前記セルにおいて前記暗い画素に隣接して、前記暗くした２値画像による暗い画素を加えるステップとから成る、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記複数の明るい画素は、白画素であり、前記複数の暗い画素は、黒画素である、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
２値ハーフトーン画像を暗くする方法であって、
１又は０の一方である第１値をもつ暗い画素と、１又は０の他方であり且つ前記第１値との間にダイナミックレンジを定めている第２値をもつ明るい画素とによって定義された２値ハーフトーン画像を受け取るステップと、
前記暗い画素のそれぞれについて、前記第１値を、暗くすべき量に応じて、前記ダイナミックレンジの１０％までの数値である新しい値だけ、前記ダイナミックレンジの外側に前記第２値から遠ざかるように調節する調節ステップと、
前記暗い画素のそれぞれの前記新しい値を量子化して前記ダイナミックレンジ内に入れるため、前記調節ステップで得られた２値ハーフトーン画像に対し誤差拡散を実施するステップとから成り、前記誤差拡散は、前記ダイナミックレンジ内のしきい値より前記第１値に近い前記明るい画素であって前記暗い画素に隣接する前記明るい画素の第２値を前記第１値へ変化させる、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、画像処理技術、より詳細には２値ハーフトーン画像を処理して、明るさ／暗さのレベルを制御することに関する。２値ハーフトーン画像は「白黒」画像であることが多いので、容易に理解できるように白黒画像について本発明を説明する。しかし、発明を白黒画像に限定するつもりはなく、マルチセパレーション・カラー画像を包含することは明白である。グレースケールで表現された複数の画素によって定義されるディジタル画像を明るくまたは暗くするためには、入力データは入力画素グレー値を要求されたより明るい／暗い値にマップするトーン再生曲線(tone reproduction curve: ＴＲＣ)に委ねられるが、２値画像については、各画素が２つの異なる可能値の一方の値として定義されることを考えれば、そのような簡単な操作は可能ではない。
【０００２】
【従来の技術】
画像アーカイブ例えばレガシードキュメント、あるいは「遠く離れたメモリ」たとえばファックス装置や遠隔コピープリントの中には、大量の「印刷準備ができた」２値ハーフトーン画像が存在する。これらの２値ハーフトーン画像はビットマップすなわちｍ列×ｎ行の画素配列によって定義される。各画素は２値である。すなわち、各画素は、例えば（ｉ）第１状態（例えば白の存在を示す“on”または“１”）と、（ii）第２状態（例えば黒を示す“off”また“０”）のような２つの可能状態の１つによって定義される。
【０００３】
ハーフトーン画像においては、２つの２値状態の間のグレーレベルをシミュレートするため、隣接グルーブまたはセルの２値画素（ハーフトーンドットと呼ばれる）が使用される。セルのグレーレベルは、セル内のＯＮ/ＯＦＦがその数を制御することによって変えられる。人間の視覚系は限られた周波数応答を有するので、満足できる近似として、セル内の２値データを空間的に統合してセル全体のグレーレベルを得ている。
【０００４】
２値ハーフトーン画像の外観を強調するため、少なくともある程度まで画像を処理できることが望ましい。たとえば、２値ハーフトーン画像を明るく、または暗くすることが非常に望ましい。都合の悪いことに、実際には、すべての画像処理はデータの中に“ロックされている”。
【０００５】
米国特許第５，２５８，８５４号に開示されている技法は、２値ハーフトーン画像の明るさ／暗さの制御を考慮に入れている。この従来の方法は大きな効果を有するが、少なくともデータを処理する間、入力データ解像度より高い出力データ解像度に依存している。したがって、この方法は、一般により複雑であり、時間もかかるので、すべての画像処理プラットフォームまたは環境には適さない。
【０００６】
明るさと暗さの粗調節は、要求された画像データに白画素または黒画素を直接加えることによって簡単に行うことができる。たとえば、画像を暗くするには、形態学的操作を用いて追加の黒画素を加えることができる。画像を明るくするには、白画素が加えられる。これは、非常に粗い明るさ／暗さの調節に終わり、一般に最善の水準より低い結果になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことから、画質を低下させずに、効率のよいやり方で、２値ハーフトーン画像の明るさと暗さを制御するディジタル画像処理方法および装置の必要性が認識されてきた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に従って、２値ハーフトーン・ディジタル画像の明るさと暗さを制御する新規な、自明でない方法および装置が得られる。
【０００９】
本発明の一態様に従って、２値ハーフトーン画像の明るさ／暗さを調節する方法は、第１値をもつ複数の明画素と第２値をもつ複数の暗画素によって２値ハーフトーン画像を定義するディジタル画像データを受け取る。もしその２値ハーフトーン画像を明るくするべきであれば、複数の明画素のそれぞれについて選択量だけ前記第２値から遠ざかる方向に前記第１値が調節される。もしその２値ハーフトーン画像を暗くするべきであれば、複数の暗画素のそれぞれについて選択量だけ前記第１値から遠ざかる方向に前記第２値が調節される。そのあと、２値ハーフトーン画像に対し誤差拡散操作が実施される。
【００１０】
本発明の１つの利点は、入力画像のビット深さと解像度と出力画像のビット深さと解像度とが等しいように、厳密な点状操作と誤差拡散型操作だけが実施される、２値ハーフトーンディジタル画像の明るさ／暗さを調節する方法および装置が得られることである。
【００１１】
本発明のもう１つの利点は、ハーフトーンのドット間隔と位置が維持される、２値ハーフトーンディジタル画像の明るさ／暗さを調節する方法および装置が得られることである。
【００１２】
本発明のさらに別の利点は、得られた出力画像の不安定を防止するように処理誤差が制御される、２値ハーフトーンディジタル画像の明るさ／暗さを調節する方法および装置が得られることである。
【００１３】
本発明のその他の利益と利点は、この分野の専門家が本明細書を読まれて、理解されれば、明らかになるであろう。
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して説明するが、記載図は本発明の好ましい実施例を例示するものであり、発明を限定するものではない。
【００１４】
図１は、画像入力端末１２、画像処理ユニット(ＩＰＵ)１４、および画像出力端末１６より成るディジタル画像処理システム１０を示す。画像入力端末１２は、たとえばアーカイブ画像記憶装置、ファクシミリ装置、または印刷準備ができた２値ハーフトーン画像の他のソースである。画像入力端末１２は、本発明に従って画像を暗くする、又は明るくするため（及び要求された他の画像処理操作のため）、２値ハーフトーン画像を定義するディジタル画像データを画像処理ユニット１４へ送る。画像処理ユニット１４としては、ディジタル画像データを受け取り、画像処理方法に従ってディジタル画像データを修正するのに適応できるディジタル複写機、パソコン、その他のコンピュー装置が含まれる。画像処理後、画像処理ユニット１４は、ディジタル画像データを画像出力端末１６へ送る。画像出力端末１６は、たとえばビデオディスプレイ、プリンタおよび／または画像記憶装置より成っている。
【００１５】
次に図２Ａについて説明すると、画像入力端末１２は２値ハーフトーン画像Ｂ１を定義するディジタルデータを供給する。画像Ｂ１は、この例の場合、５０画素（各画素は２つの異なる値すなわち状態“on”または“off”の一方の値を有する）を含んでいる複数のハーフトーンセルＣである。これらの２つの異なる状態は、周知のように、“１”と“０”によって数字で表現されることが多い。この例の場合、図４Ａに示すように、黒は値０に対応しており、白は値１に対応している。簡潔にするために、図４には、５０画素のうちの６画素だけ示してある。図示されていない残りの画素はすべて同じ値“on”を有する。もちろん、ビットマップを用いて異なるカラーセパレーションを記述して、黒白と以外の２つの色を表現することができる。しかし、発明を容易に理解できるように、この例では、黒と白、すなわち暗さと明るさを使用している。２つの可能画素値の間に、「白」より明るい、または「黒」より暗いものは存在しないことを示すダイナミックレンジが定義されている。
【００１６】
従来の非２値式の暗くする(darkening)方法では、入力値を低くし、その結果を黒と白の間のダイナミックレンジに制限することによって、画像を暗くする。簡単な例として、次のマッピングを実行できるであろう。すなわち、０→０、０．１→０、０．２→０．１、０．３→０．２、等、のように、すべての値は０．１だけ減じられる。この概念を２値ハーフトーン画像のケースに拡張すると、２つの可能入力値しか存在しないので、マッピングは、０→０、１→０．９になる。この操作の結果、新しい画像はもはやその記述の中に“on”画素と“off”画素だけを持つという２値データ要求を満たさない。画像を２値画像へ変換するには、誤差拡散アルゴリズム法が使用できるであろう。「誤差拡散」は、一般に使用されるハーフトーン化法の１つであり、“An Adaptive Algorithm for Spatial Grey scale”Floyd and Steinberg, Proceedings of the SID 17/2, 75-77 (1976)に開示されている。そのほかに、多くの誤差拡散法が知られている。たとえば、米国特許第５，５６５，９９４号は、複数色分解カラードキュメントに使用するのに特に適した誤差拡散法を開示している。
【００１７】
このやり方で、図２Ｂに示すように、白領域内で画像に黒画素Ｐ′を加えることによって、２値ハーフトーン画像Ｂ１は有効に暗くなる。画像Ｂ１′は画像Ｂ１より暗いが、画質は最善の水準より落ちる。計画によって、黒画素Ｐ′は画像Ｂ１′の前に黒画素が置かれていなかった領域に置かれる。追加の問題として、図２Ｂの画像もまた、たとえばオフセット印刷やゼログラフィ印刷において一般的である印刷プロセスの変動に対し不安定である。
【００１８】
図３Ａと３Ｂは、図２Ａと図２Ｂと対応している。しかし、図３Ａと３Ｂは、黒画素のみによって前に定義された領域において画像に白画素を加えることによって、２値ハーフトーン画像Ｂ２を明るくする逆のケースを示す。同様に、画像Ｂ２′はより明るいが、その画質は低下している。
【００１９】
上記説明から、オプションとして誤差拡散または同種の方法が次に実施される標準点状操作(standard pointwise operation)は、要求されたより暗くする／より明るくする操作として十分でないことは明白である。
【００２０】
図６に、２値ハーフトーン画像たとえば画像Ｂ１を暗くする方法を示す。ステップＳ１において、２値ハーフトーン画像データＢ１を受け取る。同様に、２値ハーフトーン画像Ｂ１は、各セルが複数の画素Ｐを含んでいる複数のハーフトーンセルＣによって定義される。ここで、各画素Ｐは、図４Ａに示すように、２つの値の一方（この例では、１または０）をもつ。
【００２１】
ステップＳ２において、元の画像Ｂ１の各セルＣごとに修正された画素Ｐ′をもつ新しい修正されたハーフトーンセルＣ′（図５Ａ）を定義するために、各ハーフトーンセルＣの各黒画素Ｐはより暗く、すなわちより黒い色にされる。黒画素をより黒い色にすることは物理的には不可能であるが、図５Ａに示すように、数学的には可能である。そこで、前に値０．０を有する各黒画素から選択値ｘが差し引かれたので、各黒画素は値０．０−ｘを有することがわかる。一例では、値ｘは、黒値と白値の間（すなわち、本例では、０．０と０．１の間）のダイナミックレンジの１０％までが選択される。各セルＣ′のすべての白画素Ｐは、この段階ではセルＣに対して変わらない。ステップＳ２は、より一般的に、各黒画素の値を白画素の値から選択量ｘだけ遠ざけることであると表現できる。もちろん、上に述べたように、これは、各画素の値を有効ダイナミックレンジ、すなわち物理的に実現可能な状態の外へ動かすことであり、標準的方法とは全く対照的である。
【００２２】
最後に、ステップＳ３において、画素Ｐ′の値を物理的に実現可能な状態へ量子化するため、修正されたハーフトーンセルＣ′によって定義された画像に誤差拡散または同種の方法が実施される。典型的な誤差拡散法においては、入力画素値が検査され、入力画素値としきい値ｔとを比較することによって、各画素ごとの出力（“on”または“off”のどちらか）が決定される。しきい値ｔより大きい入力画素値は“on”にセットされるが、しきい値ｔより小さい入力画素値は“off”にセットされる。他のハーフトーン化法と異なり、入力画素値（たとえば、０．７５）と得られた２値出力画素値（たとえば、１）との差、すなわち「誤差」は廃棄されない。代わりに、誤差をある個所で考慮に入れる、すなわち回復できるように、誤差は隣接画素へ伝播される。したがって、たとえば、たとえ隣接画素がしきい値より小さい実際の入力値を有することがあっても、もし１つまたはそれ以上の前の画素からの誤差が隣接画素の入力画素値に加えられれば、その隣接画素はしきい値を超えることがあるので、前の誤差が回復される。ここで使用する用語「誤差拡散」は、誤差を伝播するしきい値をベースとするどんなハーフトーン化方法をも包含するものと解釈される。
【００２３】
図５Ｂは、ステップＳ３において図５ＡのセルＣ′に対し誤差拡散を実施したときに生じるハーフトーンセルＣを示す。すべての黒画素Ｐ′はしきい値ｔより小さい値によって定義される、したがって“０”にセットされ、黒のままである。セルＣ′の各黒画素Ｐ′は値０．０−ｘを有するので、誤差が存在し、セルＣ′内の他の画素へ伝播されるであろう。この誤差は画素値と誤差拡散アルゴリズムに従って画素ごとに異なる。図示のように、第１白画素Ｐ１は、その入力値から差し引かれる第１誤差値ｆｘを受け取る。得られた画素値は依然としてしきい値ｔより大きく、画素Ｐ１は白のままである。対照的に、第２白画素Ｐ２はその値から差し引かれる誤差ｆｘ′を受け取る。その結果、しきい値ｔより小さい新しい画素値が生じるので、画素Ｐ２は黒、すなわち“０”に変わる。
【００２４】
図２Ｃに、入力画像Ｂ１に対し前記暗くする方法を適用して得られた画像Ｂ１″を示す。すべての元の黒画素Ｐは存在し、かつハーフトーンドットの間隔は保たれていることがわかる。この分野の通常の専門家は、入力画像Ｂ１のすべての黒画素Ｐの黒さを増すことによって誤差が誤差拡散操作に意図的に導入されるので、入力画像Ｂ１の一定の白画素Ｐが誤差拡散操作によって黒に変わることを認識されるであろう。また、誤差フィードバックの固有の性質のため、黒画素を既存の黒画素の隣にだけ導入することができるので、図２Ｂでは支配的である分散したドットパターンができないことを認識されるであろう。前に言及したように、分散したドットパターンは、プロセスの変動があると、高画質を劣化させることが多い。
【００２５】
また、もし誤差拡散操作から生じる誤差を制限しなければ、上に述べたことが画像に不安定を容易に導入することは認識されるであろう。誤差は決められた境界を超えて成長することがあるので、入力データが出力ダイナミックレンジを超えるのを許ることは、本質的に不安定になる。入力ダイナミックレンジが出力ダイナミックレンジによって制限される典型的な誤差拡散法においては、誤差はダイナミックレンジの∀１／２によって自然に制限される。すなわち、誤差値は−０．５〜１．５の間に制限される。したがって、誤差の全ダイナミックレンジは入力のダイナミックレンジの２倍である。しかし、本発明に従って、入力ダイナミックレンジが出力ダイナミックレンジを超えること、すなわち入力画像が白より明るい値、または黒より暗い値を有することがあるので、この自然の誤差制限は存在しない。したがって、アルゴリズム誤差制限をプロセスに含めることが最も好ましいと思われた。この誤差制限は全累積誤差を制限し、そして与えられた例においては、誤差のダイナミックレンジを入力データのダイナミックレンジの４倍に制限した。これは、画像に不安定を導入することなく、一定の白画素の状態を変える十分な誤差を生じさせることを考慮に入れている。誤差範囲に対し他の制限を使用してもよいことと、制限の拡大が考えられる人工物のコストにより強い効果を与えるのに対し、より低い制限は効果の強さを減じることを理解すべきである。
【００２６】
図７は、本発明に従って、図３Ｃに示した画像Ｂ２″を得るため図３Ａに示した画像Ｂ２を明るくする方法を示す。画像を明るくする方法は、最初のステップにおいて、すべての白画素値が黒画素値から遠ざかる方向に調節されることを除いて、前記暗くする方法と同じである。すなわち、白画素は「白」より明るい値にマップされるのに対し、黒画素はそのままであるので、同様に入力ダイナミックレンジを超える。
【００２７】
詳しく述べると、ステップＳ１′において、２値ハーフトーン画像データを受け取る。ステップＳ２′において、入力画像のすべての白画素を数学的に明るくする、すなわち黒画素から選択量だけ遠ざける。ステップＳ３′において、誤差拡散を使用して、すべての画素値を動かしてダイナミックレンジ内に戻す。誤差拡散ステップＳ３′は、誤差が画素へ伝播されるため、一定の黒画素の状態を白に変える。
【００２８】
以上、好ましい実施例をついて発明を説明した。この明細書を読んで理解されれば、この分野の通常の専門家は修正物や変更物を思い浮かべるであろう。それらが特許請求の範囲および均等物に包含される限り、本発明はそのようなすべての修正物や変更物を含むと解釈すべきであると思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディジタル画像を明るくする／暗くする方法を実施するためのディジタル画像処理システムのブロック図である。
【図２Ａ】２値ハーフトーン画像を示す図である。
【図２Ｂ】ある従来の方法によって暗くされた、図２Ａの２値ハーフトーン画像を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の方法によって暗くされた、図２Ａの２値ハーフトーン画像を示す図である。
【図３Ａ】第２の２値ハーフトーン画像を示す図である。
【図３Ｂ】ある従来の方法によって明るくされた、図３Ａの２値ハーフトーン画像を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の方法によって明るくされた、図３Ａの２値ハーフトーン画像を示す図である。
【図４Ａ】画素値の一例を示す、図２Ａに示した画像の単一ハーフトーンセルの略図である。
【図４Ｂ】画素値を使用しない、図４Ａの画像の単一ハーフトーンセルの略図である。
【図５Ａ】調節された画素値が得られる暗くする最初のステップの後の図４Ａのハーフトーンセルの略図である。
【図５Ｂ】誤差拡散を適用した後の図５Ａの単一ハーフトーンセルの略図である。
【図６】本発明に係る２値ハードウェアディジタル画像を暗くする方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る２値ハードウェアディジタル画像を明るく方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  ディジタル画像処理システム
１２  画像入力端末
１４  画像処理ユニット
１６  画像出力端末
Ｃ  元のハーフトーンセル
Ｃ′修正されたハーフトーンセル
Ｂ１  元の２値ハーフトーン画像
Ｂ１′修正された２値ハーフトーン画像
Ｂ２  元の２値ハーフトーン画像の反転画像
Ｂ２′修正された反転画像
Ｐ  白画素
Ｐ′黒画素
Ｐ１  白画素
Ｐ２  黒に変わった画素
【図１】
0004104321.tif 000002
【図２Ａ】
0004104321.tif 000003
【図２Ｂ】
0004104321.tif 000004
【図２Ｃ】
0004104321.tif 000005
【図３Ａ】
0004104321.tif 000006
【図３Ｂ】
0004104321.tif 000007
【図３Ｃ】
0004104321.tif 000008
【図４Ａ】
0004104321.tif 000009
【図４Ｂ】
0004104321.tif 000010
【図５Ａ】
0004104321.tif 000011
【図５Ｂ】
0004104321.tif 000012
【図６】
0004104321.tif 000013
【図７】
0004104321.tif 000014