(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グレーエッジを含む画像信号のセットを受け入れるステップと、
前記セット内で前記グレーエッジを分離し、分離されたグレーエッジからエッジマップを生成するステップと、
前記エッジマップを使用し、境界領域に沿う少なくとも１つの画素の出力レベルを変えるために、前記画像のエッジにおいて画素のグレー値を変化させるステップと、
前記エッジにおけるグレー画素を最小化するために、前記画像のエッジにおいてグレー画素を圧縮するステップを含み、
前記画像のエッジにおいて画素のグレー値を変化させるステップは、増加又は減少調節量を表すようなグレー値を論理的に加えるステップを含み、
前記画像のエッジにおいてグレー画素を圧縮するステップは、より暗いエッジに向かって、第１のグレー画素から第２のグレー画素に論理的にグレー値を移すステップを含み、それにより前記画像のエッジにおけるグレー画素が最小化され、
前記論理的にグレー値を移すステップは、
グレー値を前記エッジに加えることにより生成されたグレーレベル画素内で観測ウインドウを使用するステップと、
前記エッジにおけるグレーレベル画素内のグレー画素に対して、前記観測ウインドウ内の水平方向の形状を圧縮し、前記観測ウインドウ内の垂直方向の形状を圧縮し、前記観測ウインドウ内の角の形状を圧縮するステップを含み、それによって黒画素に隣接しない第１のグレー画素から、黒画素に隣接する第２のグレー画素にグレー値が移されるデジタル画像の暗さレベル変更方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的には、デジタル画像印刷システムにおける明暗制御に係り、より詳細には、デジタル画像内において明暗の修正が必要とされる飽和画像構造の識別、及び出力画像において知覚される明暗を制御するための飽和画像構造の変更の手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
明暗制御は、電子写真複写システムにおいて用いられる周知の機能である。特に、基体上に画像を生成、付着するために用いられる電子写真プロセスを変更することにより、出力書類の明暗を制御することはよく知られている。しかし、このような電子写真プロセスの変更は、書類全体に不完全に適用されることが多いためユーザの不満の要因となることもあり、また特に電子写真システムに対する問題が多く電子写真の構成部品や補給部品の寿命を短くすることがよくある。しかし、最近ではデジタル印刷システムにおける明暗制御を実現させるために発表されたプロセスがあり、その制御は、画像基体上に付着されるマーキング材料の量を間接的に制御するのではなく、画像露光システムを直接制御することにより達成される。本発明では、書類画像におけるユーザ指定の明／暗度に応じて画像データを変更し、デジタル画像データのリアルタイム処理を実現するために、デジタル画像印刷システムの改良された信頼性と解像度とを利用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまで、デジタル画像の明暗プロセスは、２値入力に関したものであり、ここで求められているようなグレー・スケール入力ではなかった。また、グレー・スケール入力の要部は、選択的に加えられるグレー画素によって凹凸を低減するよう設計されたアンチ・エイリアシング(antialiasing)プロセスに予めかけられることになる。更に、様々なソースからの走査による中間調画素やグレー中間調に関しても同様な必要性が存在する。つまり、一部の暗い中央領域を有する画像構造はグレーエッジを持つ可能性があり、そのような画像構造にはより暗い即ちより明確な印象を与えることが望まれる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、形態処理を用いて、ある特定の画像構造の暗さを調節する暗さ制御（darkness control）を行うことを目的とする。
【０００５】
本発明によれば、デジタル画像における明暗制御のための方法が提供され、この方法は、調節されるべき境界を画像内で検知するステップと、前記検知された境界の暗さ(darkness)を調節するステップと、前記境界に形成された拡散グレー（グレー画素）を圧縮する(compacting)ステップとを含む。
【０００６】
本発明の他の観点によれば、境界を検知するステップは、グレー領域を取除くように調節されるデジタル画像を閾値処理するステップと、次に、黒白間の変わり目(transition)を境界として識別するステップと、白い画素を閾値処理後のそれに隣接する黒い画素とともに境界画素として指定するステップとを含む。
【０００７】
本発明の更に他の観点によれば、暗さを調節するステップは、検知された境界画素上へ、グレー値の形で目標とする量の暗さを与えるステップを含む。
【０００８】
本発明の更に他の観点によれば、前記グレーを圧縮するステップは、飽和画素（黒画素）に隣接しない第１の画素から飽和画素（黒画素）に隣接する第２の画素にグレーを移動するステップと、前記移動に応じて画素値を更新するステップとを含む。
【０００９】
本発明は、グレーエッジを持つ、網点のような類似した形態の画像構造にも適用することが可能であり、そのような設定では階調の変化が知覚されるであろう。また、本発明は、既存のアンチ・エイリアシング処理を阻害することなく、アンチ・エイリアスされた線画の暗さを調節する方法を提供するという点で特別な価値がある。本処理は、数多くの例に適用できる強力なシステムを提供する論理的プロセスの組み合わせである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の全体的理解のために、図を参照されたい。図では、同一要素を示すために、同じ参照番号が通して使われる。本発明を説明する上で、以下の用語が説明に使用される。
【００１１】
「データ」という用語は、ここでは、情報を示す或いは含む物理的な信号のことをいう。データ項目が多くの可能な選択肢の内の１つを示すことができる場合には、そのデータ項目は、多くの「値」の内の１つを持つ。例えば、「ビット」と呼ばれるバイナリのデータ項目は、「１」と「０」、又は「オン」と「オフ」、又は「ハイ」と「ロー」のように互換的に参照される２つの値のうちの１つを持つ。２つのビットが異なった値を持つ場合は、１つのビットは他のビットの「逆」である。Ｎ−ビットのデータ項目は２Ｎ個の値の内の１つを持つ。
【００１２】
「複数ビット」のデータ項目は、１ビット以上を含むデータの項目である。複数ビットのデータ項目は、データ項目のどのビットもオンかオフかのどちらか同じ値を持つ場合、「そのビットの全てにおいて均一な値」、又は「全てのビットにおいて均一な値」を持つ。複数ビット値は、グレー画素を表すために一般的に用いられる。
【００１３】
「回路構成」又は「回路」は、ある場所又は時刻の第１の信号に応答して、他の場所又は時刻の第２の信号を提供することができるような、任意の物質の物理的構成である。回路構成は、第１の信号をある時刻に受け入れた時、第１の信号を「記憶」し、且つ、応答として他の時刻に実質的に同じ信号を提供する。回路構成は、第１の場所で第１の信号を受け入れた時、第１の信号を「転送」し、且つ、応答として第２の場所で実質的に同じ信号を提供する。
【００１４】
「データ記憶媒体」又は「記憶媒体」は、データを記憶できる物理的な媒体である。データ記憶媒体の例としては、ディスケット、フロッピーディスク、及びテープなどの磁気媒体、レーザーディスク及びＣＤＲＯＭなどの光学媒体、及び、半導体ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びプログラム可能遅延線などの半導体媒体がある。
【００１５】
「データ処理システム」は、データを処理する物理的なシステムである。「データプロセッサ」又は「プロセッサ」は、データを処理できる任意の構成装置又はシステムであり、且つ、１つ又はそれ以上の、中央演算処理ユニット又は他の演算処理構成装置を含むことができる。「画像プロセッサ」は、画像を表すデータを処理するために特に設計されたプロセッサである。そのプロセッサが画像の一部に関するデータ項目について演算する時、「画像処理」という演算は行われる。
【００１６】
「画像」は、物理的な光のパターンである。画像は、文字、単語、及び文章と共にグラフィックスなどの他の形態を含むことができる。文章は、例えば書類の頁の画像等の、１つ又はそれ以上の画像のセットに含めることができる。画像は、その各々がそれ自体画像であるような「セグメント」に分割することができる。画像セグメントの大きさは任意で、画像全体のサイズまで可能である。「デジタル画像」は、画像を表す「データ」の集合であることが可能である。データ項目は、それが画像を生成するのに十分な情報を持つ時、画像を「規定する」又は「表す」。例えば、２次元アレー又はビットマップは、画像の全て又は任意の部分を規定することができ、アレー又はビットマップの各データ項目は、画像の各場所の色を示す値を持つ。
【００１７】
「画素」は、最小のセグメントで、与えられたシステムにおいて画像がその中に分割される。各データ項目が値を持つような、画像を規定するアレーにおいて、ある場所の色を示す各々の値は、「画素値」と呼ぶことができる。各画素値は、画像の「バイナリ形式」ではビット、画像の「グレー・スケール形式」ではグレー・スケール値、又は、画像の「色座標形式」では色空間座標の集合であり、バイナリ形式、グレー・スケール形式、及び色座標形式の各々は、デジタル画像を規定する２次元アレーである。「画像入力装置」は、画像を受け入れることができ、その画像のバージョンを規定するデータ項目を準備できる装置である。「スキャナ」は、書類走査などの走査機能により、画像を受け入れる画像入力装置である。
【００１８】
「画像出力装置」は、画像を規定するデータ項目を受け入れることができ、画像を出力として提供できる装置である。「ディスプレイ」及び「プリンタ」は、可視できる形態で出力画像を準備する画像出力装置の例である。
【００１９】
画像の「暗さ」は、画像、及び／又は、基体から反射される光の、知覚される「明るさ」のレベルの逆である。「暗さ」という用語は、画像の画質を示す指標として用いられる。暗さ（明るさ）は、一般に白から黒への領域を走査する連続形に沿って表される。印刷された線セグメントの知覚される暗さは、線密度の平均と線幅との関数である。線密度が電子写真プロセス制御を変更することで制御可能であり、線幅は、潜像を形成するために使われる感光部材上の露光領域の大きさにより制御できるということは、電子写真技術分野の専門家には考え得ることであろう。従って、画像の暗さの制御は、線（構造）幅の修正により実施でき、この処理は、デジタル画像にも同様に適用することができる。
【００２０】
本発明を実行する基本的なシステムを図１に示す。そのシステムにおいて、原稿画像ソース１０は、一般に装置に左右されない方法で画像を生成し、適切な電子画像を提供するが、そのソースとしては恐らく、スキャナ（カラー又は白黒）又はデジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、適切な書類或いは画像生成ソフトかを持つワークステーション又は他のデータ処理システム、又はデータ記憶装置等の画像入力装置である。その画像は画素により規定され、各画素は、その画像がカラーか白黒かにより、少なくとも１つの密度か輝度レベルかに結び付いている。
【００２１】
画像データソース１０からの画像は、画像処理ユニット（ＩＰＵ）２０に送られるが、説明の都合上、そのＩＰＵは、画像の原稿のデータ表示を、画像出力３０で印刷するためのフォーマットに変換するためのデジタル処理必要項目の全てを含むものとする。画像の表示方法に応じて、ＰＤＬからの画像分解、グレーレベル画像からの中間調化、アンチ・エイリアシング、色変換、スケーリング、及び、要求される他のどのような処理も、ＩＰＵ２０により表される。ＩＰＵ２０は、様々な形態及び操作内容を持つことができ、その範囲は、高速印刷装置と連結した専用のハード配線又はソフトで駆動される操作形態から、パーソナルコンピュータ上で又はパーソナルプリンタを駆動するワークステーション上で作動するプリンタドライバまでに及ぶ。特に注目すべきは暗さ制御機能２４であり、以下に更に説明する。
【００２２】
画像出力装置３０は、画像表示装置、或いは、白黒又はカラーで印刷し、対応する数の分離を持つ任意のプリンタであることが可能である。
【００２３】
明暗制御機能部２４は、出力表示装置で印刷された画像の、知覚される暗さを調節する働きをする。それは、最終画像の点と線との太さ制御することにより行う。より太い線又はより幅広い構造は、より暗く見え、より細い線又は構造は、より明るく見える（「線」は画像内の構造を意味しており、幅広い用語であると考える点に注意すること。）。従って、幅広い構造は、細い構造よりも、より暗く見える。
【００２４】
本発明による画像明暗強化方法及び装置は、以下のプロセスによりその概要が全体的に説明される。通常、そのプロセスは３つのステップを含み、それらは、（ａ）境界を検知するステップ（構造の「内側」又は「外側」のどちらか一方）、（ｂ）暗さ調節を構造の境界画素に加えるステップ、及び（ｃ）構造のエッジに隣接して形成されたどの拡散グレーをも圧縮することである。以下の操作は、ここで表す数式とは異なるが、全ての論理的に均等な操作を含むことが意図されている点に注意すべきである。
【００２５】
本発明を画像の内容に関係なく全ての画像に適用することは、十分に本発明の範囲内であるが、最初に、画像は線画を持つと仮定してみる。これは、ユーザは、線画を複写される画像の重要な要素として認識しているためであり、或いは、画像分割アルゴリズムは、線画により区域を識別しているためであり、或いは、画像は、タグ又はＰＤＬ演算器が画像の受け入れ時に線画を含むものとして具体的に識別できるようなオブジェクトを含むためである。線画が含まれることをシステムに伝える他の方法を設けることもできる。いずれにしても、本発明は、線、線の組み合わせ、及び簡単なグラフィックスを含む線画と文章等は、それらが存在することは既に知られていると仮定する。説明の都合上、線画は、主として飽和に近い画像構造について付加的に言及するが、中間調ドットなどの他の飽和構造を含むこともできる。画素のレベルでは，中間調を走査することによって、文章を走査する或いは文章をアンチ・エイリアシング処理すると同じような画像構造を得ることができる。従って、本発明の演算器は、これら全ての互いに関連する画像タイプに関して、暗さ、幅、及び階調を修正するのに十分に適している。文章に適用する時、視覚的効果はストロークが暗くなる、又は幅広くなるということである。グレーの中間調に適用する時、その効果は、階調又は密度の局所的変化である。
【００２６】
境界を識別するステップは、ｉ）画像を閾値処理するステップと、ｉｉ）黒から白への変わり目部を決定するステップとを含むと好都合である。閾値処理プロセスｉ）は、暗いグレー区域は黒に設定し、明るいグレー区域は、白に設定するために使われる。すなわち、中間値的解釈のグレーレベルは存在しない。エッジは、画像を小ウインドウで見て、黒い画素に隣接するどの白い画素もエッジ画素と設定し、逆に、白い画素に隣接するどの黒い画素もエッジ画素と設定することにより見つけることができる。一般に、暗さを加える時、白い画素をエッジと識別して、その後それらを暗くする方が好都合である。そのような設定においては、白のレベルに近い閾値が通常使われる。画像を明るくする時、黒い画素をエッジと識別して、その後それらを明るくする方が好都合である。そのような設定においては、黒のレベルに近い閾値が通常使われる。他のエッジ検知プロセス、及びエッジ識別プロセスも用いることができる。
【００２７】
調節すべき境界領域が識別されると、ｉｉ）は、境界領域に沿って適用される暗さの変化を決定する。一般にこれは、目標とするグレー量を、境界領域を形成している識別された境界画素内に論理的に与えるか、又は、ＯＲするか又はＡＮＤして達成することができる。暗さを加える時、その影響を受ける画素の入力値は白、又は、恐らく白に近く、それは本発明ではゼロと規定される。従って、画素値をその範囲（８ビットの画像化システムでは通常２５５）を超えて過剰に入れることは、妥当な範囲の暗さ追加の場合には考えにくい。必要に応じて、より大きな追加をすることは可能であるが、それは追加ステップの間に１画素当たりのビット数を増加するなどの方法を用い、次に、その後のエッジの圧縮ステップで暗さを拡散させる時に、許容されるグレーレベルを得るために圧縮又は拡散させることにより、これらの過剰に大きい画素値に対処する。画像を明るくする時にも、この範囲外問題は起こる可能性があり、概念的には多量の暗さを除去された画素は値の上でゼロ以下になり、同様な圧縮の拡散が必要になろう。白をゼロ、及び黒を２５５と規定することは任意であり、逆の関係も等しく有効である点に注意すべきである。同様に、暗くすること及び明るくすることは概念的には類似であり、ある特定の逆の特性を持つ。また、両方の規定とも本発明の範囲に包含される。
【００２８】
境界領域に沿って適用されるべき処置が決定された後、境界は、境界に沿ってその量が変化するグレー値を持つ。更に、例えば２画素幅の拡散グレーエッジは、それがその後のマーキング又は表示装置においてよく適合するように、１画素幅の状態に圧縮することができる。その方法は、連続階調の画像データ内で観測ウインドウを使用し、エッジ構造を識別するためにその観測ウインドウ内の画素に対して、観測ウインドウ内の水平方向の形状を圧縮し、観測ウインドウ内の垂直方向の形状を圧縮し、更に、観測ウインドウ内の角の形状を圧縮するような操作を行う。より詳細には、ウインドウが各画素上を通過する時、もし画素が拡散エッジの内部にあれば、グレーは、飽和画素に隣接しない第１の画素（Ａ）から、飽和画素に隣接する第２の画素（Ｂ）に移される。そのシフトステップに対応して、画素値は然るべく更新される。グレーエッジ圧縮処理は、数学的に以下のように表される。
Ｂ’＝ｍｉｎ（２５５，Ｂ＋Ａ）
Ａ’＝Ａ−［ｍｉｎ（２５５，Ｂ＋Ａ）−Ｂ］＝Ａ−Ｂ’＋Ｂ
ここで，Ａ’及びＢ’はグレーをシフトした後の、前記第１と第２との画素の値である。
【００２９】
図２において、本発明を達成する回路の概略的ブロック図は、信号の流れを示すと同時に、アンチ・エイリアスされた対象画像のエッジに対する処理の意味するところを示している。信号入力１００は、他のソースから、恐らくはＩＰＵ２０（図１）の他の画像処理機能からデータを受け入れる。ここで再び、アンチ・エイリアスされた線画が受け入れられると仮定する。図２は、入力１００で受け入れられるそのような画像を説明する例を含む。図３は、図２の画像の実際のグレーレベル値を示す。得られたグレー値の範囲は、「０」（例では白）から２５５（黒）まで変化し、多くの中間値を含むことに注意すべきである。また、加えられたグレーは、後のステップでエッジの中に正しく圧縮されることになるので、境界検知ステップは、グレー圧縮処理によりアクセスできるようなグレーを加えるべき場所を決定するということにも注意すべきである。加えるグレーの場所は、特に正確である必要はなく、従って境界検知アルゴリズムは極めて簡単にすることができる。
【００３０】
変更される画像構造は、閾値プロセッサ１０２に送られ、そこで、暗いグレー区域は黒に、及び明るいグレー区域は白に、それぞれ設定される。すなわち、中間値的解釈のグレーレベルは存在しない。図に挿入された画像は、グレー区域が全く残っていないことを示す。従って図には、残された値、すなわち０か２５５かのどちらかが示されている。
【００３１】
閾値処理の後に、閾値処理された画像は境界検知１０４に送られる。一般にエッジは、少なくとも隣接する画素を含むような小ウインドウを用いて、画像の各画素を見ることにより見つけることができる。すなわち、隣接して黒い画素を持つような各々の白い画素に対してエッジは規定され、エッジマップは作成される。これに関連する図２の挿入図は、境界画素を規定している線を示す。図５は、白い画素が、隣接する黒い画素を持っていた各場所において、外側の境界画像が生成されたことを示し、且つ、エッジでの「ゼロ」値は、「黒」値（例では２５５）に変換されている。ここでの説明は、増加する暗さについて適用されるが、増加する明るさについては、逆の操作になることは問題なく理解され、より明るい画像を目標にするのであれば内側の境界画像が生成され、黒い画素が隣接して白い画素を持つ場所ではその黒い画素は境界画素として規定される。
【００３２】
代わりに、交差点で画素を認識するような論理処理を用いることができるが、グレーを過剰に受け取る可能性があるので、そのような処理は除外してもよい。勿論、閾値処理はエッジの最終位置を変えるために調節でき、エッジ検知方法は、内側及び外側の角などの特別な処置を必要とする特定の形状に関して、最適化することができる。例えば、内側及び外側の角などの特別なエッジは、エッジ検知アルゴリズムにおいて特に指定を受け、その後の暗さ調節ステップは、これらの特別なエッジ形状用に最適化された値を使用することができる。
【００３３】
次に、エッジマップは、暗さ調節１０６に送られる。また、暗さ調節は、入力１００から未処理画像も受け入れる。暗さ調節は、エッジマップの情報により、目標とする状態に暗さを設定するために、エッジマップの各画素を操作する。図６に示すように、各々のエッジ画素は、目標とするグレー量を識別された境界画素内に与えるか、又は、そのエッジ画素にＯＲするか又はＡＮＤして修正される。
【００３４】
各画素の修正に続いて、エッジ圧縮１０８が行われる。この処理は、連続階調の画像データ（暗さ調節１０６からここに送られた）内の観測ウインドウを識別し、その観測ウインドウ内の画素に対して、観測ウインドウ内の水平方向の形状を圧縮し、観測ウインドウ内の垂直方向の形状を圧縮し、更に、観測ウインドウ内の角の形状を圧縮するような操作を行う。より詳細には、ウインドウが各画素上を通過する時、もし画素が拡散エッジの内部にあれば、グレーは、飽和画素に隣接しない第１の画素（Ａ）から、飽和画素に隣接する第２の画素（Ｂ）に移され、そのシフトステップに対応して画素値は然るべく更新される。この処理は、数学的に以下のように表される。
Ｂ’＝ｍｉｎ（２５５，Ｂ＋Ａ）
Ａ’＝Ａ−［ｍｉｎ（２５５，Ｂ＋Ａ）−Ｂ］＝Ａ−Ｂ'＋Ｂ
ここで，Ａ’及びＢ’はグレーをシフトした後の、前記第１と第２との画素の値である。図６は、この圧縮処理の前の状態を示す。この図はまた、１２８の値が全ての外側境界画素にＡＤＤされていることを示し、それは、飽和画素値の半分をエッジに加えていると解釈できる。すなわちこの例では、エッジは、画素１つにつき半分ほど暗くされる。図３中のグレーエッジは１画素幅であるが、前記暗さ調節ステップは、図６に示すように、２画素幅のエッジを生成する。その後の圧縮ステップは、図７に示すように、１画素幅を持つ、暗くされたエッジを作り出す。そしてその画像は、再び図２を参照すると、図７の値を持って出力１１０に送られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用可能なデジタル印刷システムのブロック図である。
【図２】  アンチ・エイリアスされた文字に対する本発明による暗さ制御するための方法を示す模式的ブロック図であり、挿入図は、相当に拡大された入力画像領域とそれに対応する本発明により処理された画像領域の実施例である。
【図３】  前記実施例に対応する数値例である。
【図４】  前記実施例に対応する他の数値例である。
【図５】  前記実施例に対応する他の数値例である。
【図６】  前記実施例に対応する他の数値例である。
【図７】  前記実施例に対応する他の数値例である。
【符号の説明】
１０：原稿画像ソース
２０：画像処理ユニット（ＩＰＵ）
２４：明暗制御
３０：画像出力装置
１００：入力
１０４：境界検知
１０６：暗さ調節
１０８：グレーエッジ圧縮
１１０：出力
１１２：閾値処理
【図１】
0004358980.tif 000002
【図２】
0004358980.tif 000003
【図３】
0004358980.tif 000004
【図４】
0004358980.tif 000005
【図５】
0004358980.tif 000006
【図６】
0004358980.tif 000007
【図７】
0004358980.tif 000008