JP2006262436A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構成で多値のハーフトーン化処理を行って高圧縮率の画像データを得る。
【解決手段】画像処理装置におけるハーフトーン化処理部は、色変換処理部からの信号の処理を切り替える処理切替部を有し、この処理切替部が入力されるタグデータに応じて切り替え、テキストの場合にテキストハーフトーン化処理部でハーフトーン化処理し、グラフィックスの場合にビット数拡張部でグラフィックス用にビット数を拡張してグラフィックスハーフトーン化処理部でハーフトーン化処理し、フォトの場合にビット数拡張部でフォト用にビット数を拡張してフォトハーフトーン化処理部でハーフトーン化処理する。
【選択図】図２

Description

この発明は、画像形成装置におけるハーフトーン化処理等の画像を処理する画像処理装置に関する。

最近、コピア、プリンタ、スキャナ、ＦＡＸ等様々な形態のデジタル化された画像データを統合的に扱い、これら画像データをＨＤＤ等記憶媒体に一時記憶し、再利用する等、デジタル複合機（ＭＦＰ：Multi Function Peripheral）に代表される装置が普及してきている。このようなシステムにおいては、様々なデータを簡単、シームレスに扱えるアーキテクチャであるとともに、システム自体のコストを抑えることも、非常に重要な開発アイテムである。

一方、このようなＭＦＰ内部においては、各画像データに基づいてレーザを駆動し階調を再現するレーザプリンタ等、電子写真プロセス方式を使用した画像形成装置が広く実用化されている。更に、３色あるいは４色分、上記プロセスの繰り返し、あるいはタンデム処理によってカラーの画像を再現するカラー画像形成装置も普及が加速している。これと並行して近年これらの出力機器の高解像度化も進んでおり、６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉといった解像度も実現されてきている。

一般的に、カラー画像を扱う場合、コンピュータの一部であるモニタ等では各色８ｂｉｔのＲＧＢ系で画像を扱い、プリンタ等では各色８ｂｉｔのＣＭＹ系、あるいはＣＭＹＫ系で画像を扱っている。また、通常モニタではＲＧＢ毎に輝度変調により純粋に１画素を多値の階調数で表示しているが、プリンタに代表される出力装置では、最終的に閾値マトリクスを用いたディザ法や濃度パターン法といった擬似階調（ハーフトーン化）処理という技法を用いている。基本的には、画素単位あるいはさらに画素をより分割した単位でのドットのオンオフの２値出力を一定の微小面積内で制御することにより面積的に階調を表現している。カラーでは、これをＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の４色、あるいはＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の３色に適用し、最終印字面上で３色あるいは４色の微小ドットを重ね合わせることにより、微妙なカラー階調画像を再現している。ただし、実際にはＣＭＹの各色材の重ね合わせでできるＫは、理想的なＫの色特性とはならないため、一般的なカラー画像出力装置では、ＣＭＹＫをベースにしているものが圧倒的に多い。

ホストコンピュータあるいはパーソナルコンピュータ等で作成、編集された文書やグラフィック、写真等は、プリンタドライバによってＰＤＬ（例えばＰostscriptやＰＣＬ）言語等に変換され、ＬＡＮやＵＳＢ等の中継手段を経由して画像出力装置に送られる。画像出力装置側では、これを画像処理装置内のコントローラ部で言語解釈してラスタデータに展開する処理（ＲＩＰ処理）が行われる。

一般的に、このコントローラ内でハーフトーン化処理が行われ、コントローラから出力される画像データは、１色あたり１画素１ｂｉｔ乃至８ｂｉｔ、出力機器の印字能力に合わせた階調再現能力の画像データが出力される。基本的に、ここで出力されるｂｉｔ数はエンジンの能力を考慮した上で設計されたものとなっている。またコントローラ内ではハーフトーン化処理は行わず、エンジン側のレーザ変調技術（パルス幅変調技術やパワー変調技術）を応用し、階調を再現する手法もある。画質の観点からすると原理的には、ＲＩＰのｂｉｔ数が多いほど高画質な画像を再現できる可能性は高い。

さて、ここで電子写真等の出力機器ではそのプロセスの複雑さが影響して、出力される印刷特性（ドットゲイン等）は理想的な線形状態に対する歪が非常に大きく、この点、ハーフトーン化処理は非常に重要で、アルゴリズム、パラメータを含めたこの設計次第で画像品質は大きく左右される。この画質に多大な影響を及ぼすハーフトーン化処理であるが、このアルゴリズムに関しては、以前より種々の方式が提案されている。

説明を簡単にするためにこのハーフトーン化処理のアルゴリズムを大きく分類すると、ＡＭ変調（周期的変調）とＦＭ変調（周波数変調）とがある。ＡＭ変調は与えられた周期と角度と形状で各階調毎にその基本となるハーフトーンドットのサイズを変調して階調を再現する方式であり、ＦＭ変調は各階調毎に固定サイズのハーフトーンドット間の平均距離を変化させて階調を再現する方式である。一般的に、誤差拡散処理もこのＦＭ変調の一種とみなされる場合もある。

これらの手法を電子写真等の出力装置に適用した場合、以下にあげる問題点が存在する。電子写真装置では、単独の１画素（例えば６００ｄｐｉの１画素）を印刷機の同解像度相当（２４００ｄｐｉの印刷機で６００ｄｐｉの１ドットを再現すること）並みに安定した状態で形成することが難しく、一般的にＦＭ変調型のディザマトリクスを使用すると、高画質な画像を得ることできない。

そこで、ＡＭ変調型のディザマトリクスを使用し、複数画素をまとめた単位で面積的に階調を再現することにより、安定した画像を得ている。なお、ＡＭ変調型のディザとしては形状的には網点タイプや、万線タイプ、チェーンタイプといった様々な手法が存在するが、本質的には複数ドットを任意の方向に固めて階調を再現するという点では同じである。

さてこのとき、画像を視覚的に満足させる程度に擬似階調数を上げるためには、閾値マトリクスのハーフトーンドット（網）の基本サイズを大きく取ればよい。しかし、反面ハーフトーンドットの基本サイズを大きくするほど解像度が低下することになる。このようにハーフトーン化処理では解像度と階調性は相反する特性を持っている。従って。この様なハーフトーン化処理を行った場合、階調性は満足すべきものであっても、画像中の階調を持った文字や線画等の解像度情報であるエッジ部に対しては著しく画質が劣化する。

さらに電子写真は、数千ｄｐｉといった印刷機並みの解像度を持っておらず、現在６００ｄｐｉあるいは高くて１２００ｄｐｉ程度の解像度を有するものが主流であり、このような解像度で任意の角度、線数（１００〜２００線程度）に対してハーフトーンドットを作成して階調再現を満足させるためには、余りにも幾何的な制約が大きい。それでもデジタル演算における幾何的な位置誤差を無視して無理にスクリーンを作成することができないことはない。しかしながら、このように作成した閾値マトリクスを用いてハーフトーン化処理を行うと、当然ながら最終印字面上に形成された画像は、２次元平面上の位置における幾多のハーフトーン中心の幾何的誤差が発生するため、任意の階調でテクスチャが多発し、これが視覚に目立ち、さらにはこれにより粒状感が増すといった問題が生じる。

そこでこの問題を解決するために、電子写真装置等では、ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）等の技術を使用して、入力画像データを多値ディザ処理等により生成した多値の画像データを用い、１画素内の出力面積を変調することによって、１画素内を数段階の階調で表現できるような画像形成装置も出現してきている。

このような多値の画像データを印字できる画像形成装置においては、色変換処理やＵＣＲ（下色除去）処理、あるいはガンマ補正といった各種画像処理を施した後に、プリンタエンジン固有の規定の階調数を再現するために、各色毎に、多値の擬似階調処理を行い、１画素数ビットの多値画像データを得ている。そして、１画素に、より多くの情報量を集中させて画像再現性の向上を図っている。ただし、１画素で扱うｂｉｔ数が増えるということは、扱うデータの情報量もそれに比例して大きくなるということである。技術が日々進歩しているとしても、電子写真等の出力装置の解像度で扱う多値データは非常に大きくメモリ負荷等コスト的にも非常に大きな問題である。

したがって最近の出力機器では、このような多値の画像データをそのまま扱わず、イメージパスの任意の部分で何らかの圧縮処理により、データを圧縮して扱うことによりシステム全体のパフォーマンスを改善する機会が増えてきている。

プリント出力の画像には、テキストやグラフィック、写真等様々な画像を扱う必要がある。このそれぞれのオブジェクトはそれぞれ重要となる特性が異なり、例えばテキストについてはエッジ再現性等の解像度の性能が要求され、写真等では階調性の性能が要求され、グラフィックではそのどちらの性能も要求されることがある。先に述べたように単一のハーフトーン化処理では、これらの特性を同時に満足することができないため、オブジェクト毎に最適なスクリーンを適用して、画質の向上を図る事が行われている。

一方、ＭＦＰの機能としては、プリンタ機能の他にＰＣ−ＦＡＸ機能や、ＢＯＸ機能等様々な他の機能も含まれているため、これらの機能間でなるべくデータをシームレスに利用できることが望ましい。例えば、ＦＡＸ機能においては、その規格から扱う画像は１ｂｉｔ／画素であり、ＰＣ−ＦＡＸでもＲＩＰした画像を１ｂｉｔ／画素で扱う必要がある。また、ＢＯＸ機能で扱う画像は使い方によってｂｉｔ数が異なるし、ＪＰＥＧ等何らかの汎用圧縮された形態が望ましいこともある。

また、プリンタ利用時等においては、画質が大幅に向上できるという目的から、画像を多ｂｉｔ／画素で扱った方が望ましい。このように各機能により、１画素で扱う適切なｂｉｔ数は異なっている。また、ハードディスク装置等に記憶された画像を別の機能で再利用する場合においても何らかのデータ変換をしなければならない等、データハンドリングの面で煩雑になってしまう問題がある。

さて、上記のような様々な問題を解決する手法として米国特許５９４９９６４号、およびその対応日本出願の特開２００３−２３４９００号公報が知られている。

米国特許５９４９９６４号は、ラスタ化された画像データを、オブジェクトを識別するため識別信号とともに符号化して記憶装置に一時記憶し、記憶装置から取り出した符号化された画像データ及び識別信号を復号化し、この復号化された画像データを同じく復号化された識別信号に基づきハーフトーン化処理を行うことにより、各オブジェクトに最適なハーフトーン出力を得ている。また、イメージパスの中でデータの圧縮処理が行われているため、記憶装置等の容量の削減効果が得られている。

一般的に、コントローラにより正確にラスタライズされた画像データの圧縮は、可逆圧縮が望ましい。これは、コントローラは、複雑で多種多様なオブジェクトを扱わなければならず、本質的にこれらのラスタライズ化された様々な画像は正確に再現されなければならない。一部の写真画像を除いて、基本的に任意のオブジェクトに対して圧縮により予想できないノイズ等の発生は、大きな画質劣化を引き起こすため避けなければならない。

また、８ｂｉｔ多値の画像データを扱う場合、例えば、その圧縮をＪＰＥＧのような非可逆の圧縮にした場合、高周波な画像データに対する再現能力が非常に弱く、テキストや細かなグラフィックのオブジェクトには向いていない。一方、可逆の圧縮にした場合、写真等の自然画に対する符号量が予想以上に削減できず、非常に大きなメモリが必要となり、システム構成の複雑さに対する効果が少ないといった問題が生じる。

また、オブジェクトの性質ごとに最適な圧縮方式に切り替える方法等も考えられるが、処理が非常に複雑になり、これもシステムの構成コスト対効果に不利であった。

また、圧縮処理のパス自体に画像データとともにオブジェクトの識別信号も圧縮しなければならないため、処理が複雑になりやすく、圧縮によるデータ削減効果が減少するという問題があった。
米国特許５９４９９６４号 特開２００３−２３４９００号公報

この発明の目的は、シンプルな構成で多値のハーフトーン化処理を行って高圧縮率の画像データを得ることのできる画像処理装置を提供することである。

この発明の画像処理装置は、入力される画像データに対して画像処理を行う画像処理装置において、前記画像データの属性を分析する属性分析部と、この属性分析部で分析された属性に対応して多値のハーフトーン化処理を行う複数の属性毎のハーフトーン化処理部と、前記属性分析部で分析された属性に対応する属性のハーフトーン化処理部に切り替える切替部と、この切替部で切り替えられたハーフトーン化処理部で多値のハーフトーン化処理された画像データを符号化する符号化部と、この符号化部で符号化された画像データを記憶する記憶部と、この記憶部に記憶された画像データを復号化する復号化部とから構成されている。

本発明の画像処理装置は、シンプルな構成で多値のハーフトーン化処理を行って高圧縮率の画像データを得ることが可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、この発明の画像処理装置に係るデジタル複合機（ＭＦＰ：Multi Function Peripheral）１２を用いたシステム構成を示すものである。図１に示すシステムは、最近急速に普及しているネットワーク１０上に接続された任意のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１からＭＦＰ１２内部の一部機能であるプリンタ１２０に対して、画像データの構成を示すＰＤＬデータを転送するようになっている。すなわち、ＰＣ１１は、プリンタ１２０とのインターフェース特性に合わせて、プリンタドライバ２１からプリンタ１２０のプリンタコントローラ１２１にＰＤＬコードあるいはラスタのデータを転送するようになっている。

プリンタ１２０は、プリンタコントローラ１２１により、プリンタエンジン１２２を駆動制御するようになっている。

プリンタコントローラ１２１は、ＰＣ１１から送られてくるコード化された画像データであるＰＤＬ等のページ記述言語をビットマップに展開及び各画像処理を行った後、内蔵している図示しないイメージメモリ（記憶装置）に格納する。

プリンタエンジン１２２は、プリンタコントローラ１２１からのビットマップの画像データを駆動信号に変換し、用紙の搬送やレーザの駆動制御等を行って印字動作を行うようになっている。

なお、ＰＣ１１とプリンタ１２０との関係は必ずしもネットワーク化されている必要はなく、ＵＳＢ接続等で使用しても良く、１対１の関係であっても良い。また、プリンタコントローラ１２１とプリンタエンジン１２２とのインターフェースは、基本的にプリンタのアーキテクチャに依存するものであり、特に規定化されているものではない。

図２は、プリンタ１２０内のプリンタコントローラ１２１で実行される画像処理部の構成例を示すものである。すなわち、プリンタコントローラ１２１は、イメージ属性分析部２２、ラスタ演算部２３、色変換処理部２４、ハーフトーン化処理部２５、データ符号化部２６、記憶装置２７、データ復号化部２８とから構成されている。

イメージ属性分析部２２は、ＰＤＬコードから画像の属性を分析して種類を分類する。

ラスタ演算部２３は、コードデータをビットマップデータに変換する。

色変換処理部２４は、プリンタ１２０での色再現色のＣＭＹ色、あるいはＣＭＹＫ色に変換する。

ハーフトーン化処理部２５は、各色毎に閾値マトリクスを用いたハーフトーン化処理を行う。

データ符号化部２６は、データの圧縮を行う。

記憶装置２７は、メモリやＨＤＤ等で構成され、画像データを記憶する。

データ復号化部２８は、記憶装置２７から画像データを読み出し、この符号化されたデータを所定の手順によって復号化する。

次に、プリンタコントローラ１２１における画像処理を説明する。

まず、ＰＣ１１のプリンタドライバ２１より画像データ（ＰＤＬデータ）が、プリンタコントローラ１２１に転送される。

プリンタコントローラ１２１のイメージ属性分析部２２は、受け取ったＰＤＬデータのＰＤＬコードから画像データの属性を分析し、種類を分類する。基本的に画像データは大きく分けて、テキスト、グラフィック、フォトビットマップのいずれかの属性となる。この分類されたＰＤＬデータの属性は、タグとしてそれぞれのタイプの属性を割り当てられ後段で処理される。例えば、上記３種類の属性を持つ場合には、２ｂｉｔのタグデータが必要となる。

続いて、ラスタ演算部２３は、この画像データのコードデータをビットマップデータに変換する。例えば、カラープリンタの場合はＲＧＢ各色８ｂｉｔのデジタルデータを、モノクロプリンタの場合は単色８ｂｉｔのデジタルデータをビットマップデータに変換する。このとき各ビットマップデータにはその位置に対応するタグデータも割り当てられる。

色変換処理部２４は、この変換された各色８ｂｉｔのモニタなどで標準的なＲＧＢ色信号を、プリンタでの色再現色のＣＭＹ色信号、あるいはＣＭＹＫ色信号に変換する。なお、Ｒ，Ｇ，Ｂはレッド、グリーン、ブルーの各色を示し、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋはシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色を示している。

本実施例では、色変換処理部２４で、このときタグデータを基に、それぞれの画像データの属性に応じて色変換の処理を切り替えることもできる構成となっている。

なお、モノクロプリンタの場合は、この色変換処理部２４は不要である。

続いて、ハーフトーン化処理部２５においては、各色毎に閾値マトリクスを用いたハーフトーン化処理により、１画素のデータをプリンタ１２０の印字能力に合わせた各色数ｂｉｔのより小さい階調数の画像データに変換する。本実施例では、このときのＲＩＰ解像度を、６００ｄｐｉ／２ｂｉｔ（４値）として以下説明する。

また、本実施例では４値の状態では、０をオフ、３を１画素全形成とし、１，２はそれぞれ１画素を３分割した場合の中間の画素が形成されることとして説明する。

このハーフトーン化処理部２５は、各オブジェクト間の画像の特性を考慮した上で、タグデータにより最適なハーフトーン化処理を行うことができるようにハーフトーン化処理を切り替える構成となっている。

続いて、データ符号化部２６は、ハーフトーン化された画像データの圧縮を行う。このときの圧縮方式は、ハーフトーン化処理が行われた後の量子化された周期的な規則性の存在する画像であるため、ＪＢＩＧやＪＢＩＧ２等の可逆圧縮が向いている。この詳細については後で説明する。

この圧縮された画像データは、記憶装置２７に一時記憶される。これにより記憶装置２７に記憶するデータの容量を抑えることができ、システム全体のパフォーマンスを上げることができる。

データ復号化部２８は、記憶装置２７から画像データを読み出し、この符号化された画像データを所定の手順によって復号化する。

プリンタエンジン１２２のプリントエンジンＡＳＩＣ部２９は、この最終的に生成された画像データを、レーザを駆動するためのＰＷＭ(Pulse Wide Modulation)信号に変換し、画像を形成する。多値のＰＷＭにおいては、入力された画像データを基に一般的に内部で位置制御信号を同時に生成し、図３に示すように中間階調の画素を印字するとき、そのスタート位置を左、右、（中央）等の印字基準を制御する。一般に位置制御信号は、左、右があれば画像を形成することは可能であり、より高精度に位置を制御したい場合に中央信号も使用する。

次に、本実施例の要点であるハーフトーン化処理部２５について更に詳細を説明する。また、本実施例では、６００ｄｐｉ／２ｂｉｔのハーフトーン化処理を基本にして説明する。

ここでは、閾値マトリクスを用いたハーフトーン化処理の原理についてまず述べる。ハーフトーン化処理とは、入力画像データに対して対応する位置の閾値との間で１対１の大小比較によって対象となる画素をオンするかオフするか決定する非常に簡単な論理に基づいて行われる処理である。

一般的な２値のディザ処理は、基本的には単独１プレーンのディザマトリクスの閾値配列のみ考慮すれば良く、入力画素と対応する位置のディザマトリクスの閾値との画素対画素比較により２値の出力画像を得ている。この様子を図４に示す。この図４は、既に公知の４×４Ｂａｙｅｒ型ディザマトリクスを使用した場合の模式図である。

ここでは説明の簡略化のため、入力４ｂｉｔに対応したディザマトリクスの閾値と入力画像との比較がなされ、例えば、入力画素値が対応するディザマトリクスの閾値よりも大きければ１（黒）、小さければ０（白）を出力し、全体として１あるいは０の組み合わせを持つ２値化出力状態を得る場合を示している。

ここでディザマトリクスは図に示すように、その基本ディザマトリクス（基準閾値配列）サイズ周期でタイル上に繰り返し使用され、入力全画素に対して上述した処理を同様に行う構成となっている。

一方、２ｂｉｔ等の多値ディザ処理においては、上記した基本となるディザマトリクス配列の他に、深さ（画素レベル）方向への考慮も必要となる。例えば、Ｄ値の多値ディザ処理を行う場合は（Ｄ−１）個分の閾値プレーンが必要となり、個々の閾値プレーンのディザ閾値と入力画像との比較がされ、Ｄ値の出力画像を得る。この場合の多値ディザ処理の概略模式図を図５に示す。

このとき一般的にディザ処理では各閾値プレーン間において何らかの相関性を持たせた方が画質的に優れるため、この基準閾値配列を基に（Ｄ−１）個分のディザマトリクスの閾値を自動的に算出することが多い。

この各プレーン間の相関性を考慮した多値ディザ処理としては、各プレーンに跨る閾値配列の振り分け方により、大きく分けて、図６の（ａ）、（ｂ）に示す２つのシーケンスがある。この図６においては説明を簡単にするために、入力８ｂｉｔの画像データを２×２の基準閾値配列を使って１画素４値（２ｂｉｔ）の画像に変換する多値ディザ処理を示している。

図６の（ａ）に示すシーケンス方法は、閾値を小さい順に各プレーン単位に埋めていく方法であり、インクジェットプリンタ等、隣接画素のドットの出現状態に基本的に影響され難く、単独画素毎での画像形成が安定して再現することができるプリンタに使用されるディザ処理である。解像度は、ほぼエンジンの解像性能に匹敵し、非常に高く、ドット密度が高くなる場合であり、面積変調で画像を再現する場合の理想的な方法である。ただし、同一サイズ及び近接サイズの画素で画面が埋められ易いため、印字精度の影響を受け易い。

図６の（ｂ）に示すシーケンス方法は、閾値を小さい順に処理対象となる任意の１つの画素に対して順に埋めていく方法であり、レーザプリンタあるいはサーマルプリンタ等、隣接画素のドットの出現状態に影響され易く、単独画素での画素形成が困難且つ不安定なプリンタに多用されるディザ処理である。解像度は低く、ドット密度が粗くなる場合であり、このディザの閾値配列をドット集中型にすると網点と呼ばれる画像が形成される。解像度が低いため画素単位の微小な印字精度むらは吸収される。

なお、この２例はどちらも１つの基準閾値プレーンと深さ方向への画素成長順序の定義をすれば自動的に全閾値が導き出される。

一方、この中間の方式も存在する。その一例としては本出願人が以前出願した特開平１１−１８７２６５号公報を参照されたい。

さて、このようにプレーン間のシーケンスに様々な種類がある多値ディザ処理であるが、本実施例では、図６の（ｂ）をベースに説明を続ける。先に述べたように、電子写真エンジンにおいては、複数の画素を一塊にして画像を再現したほうが安定した画像を再現できる。

図７，８は、非常に簡略化した２種類のハーフトーン化処理により出力されるハーフトーンドットの形状が異なる画素の出現状態の例を示す図である。これらはともに複数の画素を一塊として扱う場合の例を示しており、そのまとまり方の相違を示した図である。図７は、出力パターンが万線系となる性質を持つ閾値マトリクスであり、複数の画素を線状にまとめた形状のものである。図８は、出力パターンが網点形となる性質を持つ閾値マトリクスによるハーフトーン化処理の変換結果の例であり、複数の画素を２次元的な円に相当する塊でまとめた形状のものである。

ここで、１画素を１単位として注目した場合、万線系の出力パターンは多種類の出力画素値（０，１，２，３）を持っているのに対し、網点系は０，３のベタの画素値を多く持っており、中間の画素値の出現が少ないことがわかる。この傾向は、テキスト、グラフィック、フォト等の様々な画像が入力されても変わらない。

なぜならば、図６の（ｂ）に示すシーケンス方法を忠実に実行した場合、一面均一入力値に対して、１つのハーフトーンドットを形成するハーフトーンドットの中では、その多値ディザ処理による基本的な処理原理により中間の階調値を持つ画素は多くても１画素しか存在しないためである。１つのハーフトーンドットを形成するハーフトーンドットは、例えば、８画素で１つのハーフトーンドットを形成する。

一方、プリンタ等の出力装置では、様々な空間周波数を持った画像を扱う必要がある。ハーフトーンドットの線数に相当する周波数よりも高い画像が入力された場合は、中間の階調値を持つ画素の数は増える可能性がある。しかしながら、画像の統計的な観点からしても、上記中間の階調値を持つ画素がベタの階調値を持つ画素の数よりも大幅に少なくなる傾向は変わらない。

図９，１０は、上述した基本原理から入力した様々な画像を多値（２ｂｉｔ）のハーフトーン化処理をした結果の出力画像のヒストグラムを示すものである。

図９は、図６の（ａ）で示されるシーケンスを用いてハーフトーン化処理をした場合、あるいは万線系のように特定のシーケンスでハーフトーン化処理した場合の出力画像のヒストグラムを示したものである。

また、図１０は、図６の（ｂ）で示されるシーケンスを用いてハーフトーン化処理した場合、さらに詳しくは網点化処理した場合の出力画像のヒストグラムを示したものである。

図１０において、ハーフトーン化処理後の出力画像は、中間階調値を持つ確率が非常に少なく、ほとんどの画素が基本的にベタの０、３の画素値を持っていることを示す。このヒストグラムについては様々な入力画像において実験した結果、標準的な網点線数（６００ｄｐｉで１００線〜２００線の網点）で処理を実現した場合、多くても中間階調値（１，２）の占める割合は数％程度にしかならない。

これが意味するところは、この出力画像を図１１に示すようにビットプレーン単位で分割してみた場合、ビットプレーン間のデータ信号の差がほとんどないことを示す。つまり、図１１において、ビットプレーン１とビットプレーン０の間には強い相関関係があり、ほとんど出力特性が似通っていることを表している。

そこでこの特性を利用して後段のデータ符号化部２６では、大幅な画像の圧縮率を稼ぐことが可能となる。詳しくは、まず１つのビットプレーンを見た場合、この出力特性は設計したハーフトーンドットの線数周期とディザ順序によって画素が形成されていくわけである。従って、この既にハーフトーンドットの設計パターンが明白なパターンに対しては、汎用性のあるＪＢＩＧやＪＢＩＧ２等の可逆圧縮を使用することにより、数分の１〜数十分の１の圧縮率を実現することできる。

一方、ビットプレーン間に渡って着目した場合、そのビットプレーン間は強い相関関係がある（データ信号の差がほとんどない）。そのため、基準とするビットプレーン（例えば、図１１ではビットプレーン１）を基に他のビットプレーン（例えば、図１１ではビットプレーン０）は、基準となるビットプレーンとの差分をランレングス等の符号化方式により、符号化を実現することによりこれも大幅に圧縮率を稼ぐことができる。あるい、この差分情報においても２次元的に設計されたスクリーン周期に相関した信号が得られるので、周期性のある画像にロバスト的に強い符号化方式を用いる。

これにより、全体として本実施例における多値のハーフトーン化処理後の出力画像は大幅なデータの削減が可能となり、システムのコストも大幅に下げることが可能となる。

本実施例は、多値のハーフトーン化処理として２ｂｉｔの場合について述べたが、これは何ｂｉｔのハーフトーン化処理を行った場合でもこの傾向は変わらない。基本的には１つの基準ビットプレーンをＪＢＩＧ等の符号化方式により圧縮し、その他のプレーンはこの基準ビットプレーンとの差分情報を用いて符号化することが好ましい。また、オブジェクトにより多値のハーフトーン化処理のビット数をそれぞれ変えても良い。

次に、タグデータを用いたハーフトーン化処理について述べる。

先に述べたように画像の種類によって、それぞれのオブジェクトはそれぞれ重要となる特性が異なる。例えば、テキストについてはエッジ再現性等の解像度の性能が要求され、写真等では階調性の性能が要求され、グラフィックではそのどちらの性能も要求されることがある。先に述べたように単一のハーフトーン化処理では、これらの特性を同時に満足することができないため、本実施例では、タグデータを参照し、オブジェクト毎に最適なスクリーンを適用して画質の向上を図る。

具体的には、テキスト等解像度重視のオブジェクトに対してはより線数の高い、空間的に高周波な出力特性となるハーフトーンスクリーンを適用する。フォト等の階調性重視のオブジェクトに対しては、エンジン特性を考慮し、より安定なハーフトーンドットを再現できるテキスト等のオブジェクトよりも低い線数で、相対的に低い周波数の出力特性となるハーフトーンスクリーンを適用する。グラフィック等のオブジェクトについては、テキストとフォトの中間の特性を考慮し、かつエンジン特性も考慮した上で最適なハーフトーンスクリーンを適用する。

ここで多値と２値との関係について着目してみると、一般的に解像度を重視するオブジェクトについては基本的に多値と２値との情報の差は現れ難く、重要とはならない。一方、階調性を重視するオブジェクトについては多値と２値との差は大きく、その画質差は視覚に大きな違いとなって現れる。

一方、本実施例のような出力ヒストグラムを持つハーフトーン化処理で、もともと全体における中間階調値を持つ割合が非常に少ない場合、２値の情報と多値の情報には、情報的に極端な差はない。つまり、多値の情報を２値の情報に単純に変換しても、極端に画像の持つ情報が失われてしまう可能性は少ない。ただし、これを実際に電子写真等の出力装置で印字した場合は、テクスチャが発生するか否かの差や、階調の滑らかな遷移が実現できるか否かの差となって画像品質に差が発生する。

さて、本実施例においては画像をシームレスに扱うという観点から、このラスタ化した画像をＰＣ−ＦＡＸや電子ファイルデータ等の他の目的で利用、再利用する場合、２値の情報で扱うことが可能となるようにシステムを構築することを目的としている。前記説明したハーフトーン化処理では多値のハーフトーン化処理を実現している。しかしながら、この多値の画像データを２値の画像データに変換する場合、本実施例では、図１２に示すようにハーフトーン化処理後の多値データに対して、その出力の中間値で閾値処理することにより、多値の画像データを２値の画像データに変換する。より簡単に言えば、ハーフトーン化処理後の出力画像の最上位のビットプレーンを使用することにより２値の画像データに変換できる。

このとき階調性を重視するフォトやグラフィックオブジェクトは上記単純な２値変換では階調数が減少してしまうことにより、再現できる階調数が足りず、結果的に擬似輪郭等の問題が発生してしまう。それで、階調再現性が悪化してしまうため、この対応の一例として、本実施例では、ハーフトーン化処理部２５を図１３のような構成で実現する。

図１３において、ハーフトーン化処理部２５は、色変換処理部２４からの信号の処理を切り替える処理切替部３１、グラフィックス用にビット数を拡張するビット数拡張部３２、フォト用にビット数を拡張するビット数拡張部３３、そして、テキストハーフトーン化処理部３４、グラフィックスハーフトーン化処理部３５、及びフォトハーフトーン化処理部３６とから構成されている。

このような構成において、２値変換により階調性が減少することを避けるため、フォトやグラフィックオブジェクトの処理時には、ハーフトーン化処理の前に、擬似的に階調数を拡張する操作を行う。

例えば、グラフィックスハーフトーン化処理部３５の前段では、ビット数拡張部３２が、通常入力画像の扱いが８ｂｉｔであるところを９ｂｉｔに適当な補間で階調数を拡張する。また、フォトハーフトーン化処理部３６の前段では、ビット数拡張部３３が、通常入力画像の扱いが８ｂｉｔであるところを１０ｂｉｔに適当な補間で階調数を拡張する。

これに対応して各オブジェクトの多値のハーフトーン化処理部３４，３５，３６では、その入力階調数に対応したハーフトーン化処理を行い、出力される擬似階調数を増加させる。この例で言えば、フォトでは擬似的に１０２４の階調数を、グラフィックでは擬似的に５１２の階調数を確保し、２値データに変換した場合の階調数の減少を抑えることができる。

このときの補間方法は、注目画素に対して周辺画素を参照する補間方法でも良いし、通常のガンマ変換による階調数拡張でも良い。

この例では、ハーフトーン化処理の前に階調数を拡張する方法について述べたが、これに限られることはなく、色変換処理部２４で直接任意（９，１０ｂｉｔ等）の階調ｂｉｔ数を扱っても良いし、ＲＩＰ部で直接任意（９，１０ｂｉｔ等）の階調ｂｉｔ数を扱っても良い。

さらに、本実施例ではオブジェクト毎に扱うｂｉｔ数を変更する手法について述べたが、オブジェクト毎に異なるｂｉｔ数に拡張しなくても良いし、全オブジェクトすべて同じｂｉｔ数に拡張しても良い。

ハーフトーン化処理後の多値の画像データを２値の画像データに変換する場合の処理位置であるが、本実施例では、記憶装置２７に記憶したデータを読み出し、データ復号化部２８で多値の画像データを２値に変換する。

図１４，１５は、データ復号化部２８で多値から２値への出力切替を実現する構成例を示すものである。

図１４は、多値用復号化部４１、２値用復号化部４２、及び切替部４３とから構成される。図示しない操作パネル、あるいはパーソナルコンピュータ１１により切替部４３の切り替えが行われる。先に述べたように、圧縮アルゴリズムは１枚の基準ビットプレーンをＪＢＩＧ等の符号化方式で圧縮し、他のビットプレーンはこの基準ビットプレーンとの差分を用いているため、このとき基準ビットプレーンを出力画像の最上位のビットプレーンとすることにより、他のビットプレーンの差分情報を使用せず、基準ビットプレーンのみに対して復号化処理をすれば容易に２値の画像データを得ることができる。

図１５は、多値用復号化部５１とbit数選択部５２とから構成される。図示しない操作パネル、あるいはパーソナルコンピュータ１１によりbit数選択部５２におけるbit数の選択が指示される。この構成では、プリンタエンジンＡＳＩＣ２９に直接出力するのではなく、予めＰＣ−ＦＡＸ等の他の機能で使用することが判明している場合、画像データを符号化する時点でハーフトーン化処理された多値の画像データを２値に変換しても良い。この変換方法は同様に最上位ビットプレーンを使用することで容易に実現できる。

このように本実施例では、１つの多値のハーフトーン化モジュールで、扱うシステムによって多値と２値のデータを容易に変換することができ、シンプルなハードウェア構成により、システムのシームレス化を実現することができる。また、カラー、モノクロどちらのシステムにも容易に適用できる。

なお、これまでの説明では、多値のハーフトーン化処理として２ｂｉｔの場合について述べたが、これに限ることなく、任意の多値のハーフトーン化処理に適用できる。基本的にハーフトーン化処理のビット数が増えると、２値画像に変換した場合の階調再現数が減少しやすくなるが、これは擬似的な階調数拡張操作によって適宜対応できる。

本実施例は１対１の組織的ディザ方式のハーフトーン化方法について述べたが、これを入力連続階調の１画素に対し、出力Ｎ（Ｎ＞２）組の濃度パターン法に応用できることは画像処理に携わるものであれば容易に実現できることは言うまでもない。

同様に、本実施例ではオブジェクトとしてテキスト、グラフィック、フォトの３種類について述べたが、さらに種類を拡張することも、また２種類程度に減らした場合でも構成上は何ら特別なことはなく、容易に実現できることは想像に難くない。

以上説明したように上記発明の実施の形態によれば、シンプルなシステム構成で多値のハーフトーン化処理を行い、高圧縮率の画像データを得ることができ、システム全体のパフォーマンスを向上することができる。

さらに、多値ハーフトーン化処理された画像データを容易に２値の画像データに変換できるため、各ＭＦＰ機能間を簡単、シームレスに結びつけることができる。

また、オブジェクトの種類毎に最適なハーフトーン化処理を行うことにより、そのオブジェクトが持つ情報を最大限に引き出すことができるとともに、２値の画像データに変換した場合においても画像不良を解消することができる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

この発明の画像処理装置に係るデジタル複合機を用いたシステム構成を示す図。 プリンタ内のプリンタコントローラの構成例を示すブロック図。 印字位置を説明するための図。 ４×４Ｂａｙｅｒ型ディザマトリクスを使用した場合の模式図。 多値ディザ処理の概略構成を示す模式図。 基準閾値配列を説明するための図。 出力パターンが万線系となる性質を持つ閾値マトリクスを示す図。 出力パターンが網点形となる性質を持つ閾値マトリクスによるハーフトーン化処理の変換結果を示す図。 ２ｂｉｔハーフトーン化時の階調値を示すヒストグラムを示す図。 ２ｂｉｔハーフトーン化時の階調値を示すヒストグラムを示す図。 出力画像をビットプレーン単位で分割した図。 ２ｂｉｔハーフトーン化時の階調値を示すヒストグラムを示す図。 ハーフトーン化処理部の構成を示す図。 データ復号化部で多値から２値への出力切替を実現する構成例を示す図。 データ復号化部で多値から２値への出力切替を実現する構成例を示す図。

符号の説明

２２…イメージ属性分析部、２３…ラスタ演算部、２４…色変換処理部、２５…ハーフトーン化処理部、２６…データ符号化部、２７…記憶装置、２８…データ復号化部、１２１…プリンタコントローラ。

Claims (3)

1. 入力される画像データに対して画像処理を行う画像処理装置において、
   前記画像データの属性を分析する属性分析部と、
   この属性分析部で分析された属性に対応して多値のハーフトーン化処理を行う複数の属性毎のハーフトーン化処理部と、
   前記属性分析部で分析された属性に対応する属性のハーフトーン化処理部に切り替える切替部と、
   この切替部で切り替えられたハーフトーン化処理部で多値のハーフトーン化処理された画像データを符号化する符号化部と、
   この符号化部で符号化された画像データを記憶する記憶部と、
   この記憶部に記憶された画像データを復号化する復号化部と、
   を具備したことを特徴とする画像処理装置。
2. 入力される画像データに対して画像処理を行う画像処理装置において、
   前記画像データの属性を分析する属性分析部と、
   この属性分析部で分析された属性に対応して多値のハーフトーン化処理を行う複数の属性毎のハーフトーン化処理部と、
   前記属性分析部で分析された属性に対応する属性のハーフトーン化処理部に切り替える切替部と、
   この切替部で切り替えられたハーフトーン化処理部で多値のハーフトーン化処理された多値の画像データを符号化する符号化部と、
   この符号化部で符号化された多値の画像データを記憶する記憶部と、
   この記憶部に記憶された多値の画像データを２値の画像データに変換して復号化する復号化部と、
   を具備したことを特徴とする画像処理装置。
3. 入力される画像データに対して画像処理を行う画像処理装置において、
   前記画像データの属性を分析する属性分析部と、
   この属性分析部で分析された属性に対応して多値のハーフトーン化処理を行う複数の属性毎のハーフトーン化処理部と、
   前記属性分析部で分析された属性に対応する属性のハーフトーン化処理部に切り替える第１の切替部と、
   この第１の切替部で切り替えられたハーフトーン化処理部で多値のハーフトーン化処理された画像データを符号化する符号化部と、
   この符号化部で符号化された画像データを記憶する記憶部と、
   この記憶部に記憶された画像データに対して、多値の画像データに復号化する第１の復号化部と、
   前記記憶部に記憶された画像データに対して、２値の画像データに復号化する第２の復号化部と、
   前記第１の復号化部で復号化された多値の画像データ、または前記第２の復号化部で復号化された２値の画像データとを切り替える第２の切替部と、
   を具備したことを特徴とする画像処理装置。

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