JP2007221566A - 画像形成装置およびその画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の画質を極力落とさずに、画形材の消費量を削減する。
【解決手段】画像形成装置において、通常の動作モードと画形材の消費量を削減するセーブモードとを切り換えるモード切換部３３を備える。そして、セーブモードでの動作時に、入力画像の空間周波数特性を解析する空間周波数解析部３４と、入力画像の空間周波数特性に基づき、特定周波数成分の利得を下げる利得変換部３５とを備える。さらに、モード切換部３３の選択にしたがって、入力画像または利得変換部３５により処理された画像を出力する出力部３６を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリンタや複写機等の画像形成装置に関し、より詳しくは、トナーやインク等の画形材（もしくは色材）の消費量を低減する技術に関する。

今日、プリンタや複写機等の画像形成装置における画像形成方式には、電子写真方式やインクジェット方式等、種々の方式が存在する。どのような方式であっても、トナーやインクといった画形材（あるいは色材）を用紙等の媒体上に定着させて画像を形成する点では同様である。したがって、装置のランニングコストを抑制するためには、画形材の消費量を削減することが有効であり、そのための工夫が重要である。種々の従来技術が存在している（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載された従来技術は、原画像のドットデータにおける周囲ドットデータが共通でない各ドットを、輪郭線を構成するドットであるとして、輪郭線を補間した複数倍の解像度の高解像ドットデータに変革する輪郭補間手段と、原画像のドットデータにおける周囲ドットデータが共通の有効データである各ドットを、画像内部の塗りつぶし部分を構成するドットとして、複数倍の解像度の高解像ドットデータに変換すると共に、マスク処理により有効ドットを間引くマスク処理手段を備える。これにより、画像の塗りつぶし部分における有効ドットの間引きを行い、トナーの消費量の低減を実現する。

また、特許文献２に記載された従来技術は、入力カラー画像信号の濃度を下げる処理を行う低濃度変換手段と、低濃度変換手段による低濃度変換処理を行うか否かを選択するモード切換手段とを備える。また、入力カラー画像信号の濃度レベルの大きさを１画素毎に判別する判別手段と、モード切換手段で低濃度変換処理を行うことが選択されると、低濃度変換処理されたカラー画像信号に従ってカラー情報を出力する出力手段とを備える。そして、低濃度変換手段は、入力カラー画像信号の一部を所定の周期で間引くことにより低濃度変換処理するとともに、判別手段により画素毎に判別した入力カラー画像信号の濃度レベルが所定のレベルより小さいことが判別された場合は画像信号を間引く位置であっても間引き処理を禁止する。これにより、カラートナーの消費を抑えプリントのコストを削減できるとともに、画素毎に濃度を判別し、低濃度部では、画像信号を間引く位置であっても間引き処理を禁止することで低濃度部での画像品位の低下を防止することが可能である。

特開平１０−３２７３１４号公報 特許第３３４７４１１号公報

上述したように、画像形成装置に関して、トナーやインク等の画形材（色材）の消費量を低減することを目的とした、種々の従来技術が提案されている。
しかし、特許文献１に記載された従来技術は、画像のエッジ部（輪郭線）以外の塗りつぶし部分を単純に間引くものであるため、文字等の画像におけるエッジ以外の部分で中抜けが発生し、鮮鋭度のない品質となってしまう。また、塗りつぶし部分が有効ドットの間引きにより薄くなるため、画像が形成された媒体をＯＣＲ処理した場合に認識率の低下を招来する。さらに、複写回数を重ねると、文字等の画像に切れやかすれが発生する。

一方、特許文献２に記載された従来技術は、入力カラー画像信号の濃度を下げることでトナーの消費量を抑制するものである。したがって、入力信号に対して濃度を低下させるため、ハイライトのような薄い画像が消滅してしまう場合がある。また、オリジナルの画像に対して、視覚的に忠実な再現出力を得ることが難しい。

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、画像形成装置において、画質を極力落とさずに、画形材の消費量の削減を実現することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、次のように構成された画像形成装置として実現される。この装置は、通常の動作モードと画形材の消費量を削減するセーブモードとを切り換えるモード切換部を備える。そして、セーブモードでの動作時に、入力画像の空間周波数特性を解析する解析部と、入力画像の空間周波数特性に基づき、特定周波数成分の利得を下げる利得変換部とを備える。さらに、モード切換部の選択にしたがって、入力画像または利得変換部により処理された画像を出力する出力部を備える。

また、本発明は、この画像形成装置による画像処理方法としても把握することができる。この方法は、入力画像の空間周波数特性を解析するステップと、空間周波数特性の解析結果に基づいて、特定周波数成分の利得を下げるステップと、利得を下げる処理が施された入力画像に基づく画像を出力するステップとを含むことを特徴とする。

上記の画像形成装置において、より詳細には、利得変換部は、入力画像における空間周波数のうち、直流成分に対して利得を下げる。
さらに上記の画像形成装置は、入力画像中のオブジェクトに対して、文字かイメージかを識別するテキスト・イメージ分離部をさらに備える構成とすることができる。そして、利得変換部は、テキスト・イメージ分離部によりイメージと判断されたオブジェクトに対して、利得を下げる処理を行うことにより、文字オブジェクトの画質を全く低下させずに、画形材の消費量を削減することが可能となる。

以上のように構成された本発明によれば、画質を極力落とさずに、画形材の消費量を削減することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
図１は、本実施形態が適用される画像形成装置を示した図である。
この画像形成装置は、電子写真方式を採用した、いわゆるタンデム型のデジタルカラー機である。図１に示すように、この画像形成装置は、画像を形成する画像形成部１０、印字機能（印字機能）として、画像形成部１０の感光体ドラム１１に対して静電潜像を形成する露光装置１３、感光体ドラム１１に担持されたトナー像を重畳して担持する中間転写体としての転写ベルト２１を備えている。画像形成部１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応させて設けられている。以下、これらを区別する必要がある場合には、画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと表記するが、区別する必要がない場合には、単に画像形成部１０と表記する。また、転写ベルト２１の内側で、各画像形成部１０の感光体ドラム１１に対向する位置には、転写ベルト２１上に画像を担持するための一次転写ロール２３が設けられている。さらに、転写ベルト２１に担持されたトナー像を用紙に転写するいわゆる二次転写位置には、二次転写ロール２４と、転写ベルト２１の内側に設けられる対向ロール２５とが配置されている。さらに、記録媒体である用紙を収容する給紙カセット２７と、転写された用紙を定着するための定着器２８とを備えている。また、画像形成装置は、印刷対象の画像に対して各種の画像処理を行う制御装置３０と、転写ベルト２１の所定領域に形成された色ずれ制御用パターンを読み取る色ずれセンサ４０とを備えている。

制御装置３０は、画像読取装置（ＩＩＴ：Image Input Terminal）等の画像データの入力手段から得られた画像のデジタル画像信号や色ずれ制御のためのパターン画像などの画像信号を生成して露光装置１３に供給し、転写ベルト２１への書き込みを行わせる。また制御装置３０は、色ずれセンサ４０から色ずれ制御用パターンの検出結果を取得し、取得した情報に基づいて色のずれ量を解析し、必要な補正を行う。さらに本実施形態では、必要に応じて、トナー消費量を抑制するための画像制御を行っている。制御装置３０におけるこれらの機能は、例えばプログラム制御されたＣＰＵ（Central Processing Unit）等で実現される。また制御装置３０は、メモリとして不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）や読み書き可能なＲＡＭ（Random Access Memory）を備えている。このＲＯＭには、コントローラが実行する画像形成動作や色ずれの検出および補正動作などを制御するためのソフトウェアプログラム、色ずれ制御用パターンの画像情報等が格納されている。ＲＡＭには、各種カウンタ値、ジョブの実行回数、前回の色ずれ検出処理の実行情報（時間情報等）といった、画像形成装置の動作に伴って取得される各種の情報が格納される。

各色別の露光装置１３には、例えば画像読取装置（ＩＩＴ）や外部のパーソナルコンピュータ装置（ＰＣ）等から得られ、画像処理装置（図示せず）によって変換されたデジタル画像信号が、制御装置３０を介して供給される。色ずれセンサ４０は、転写ベルト２１上に形成された色ずれ制御用パターン（ラダー状トナーパッチ、シェブロンパッチ）をＰＤ（Photo Diode）センサ等で構成される検出器上に結像し、パッチの重心線と検出器の中心線とが一致したときにパルスを出力する反射型センサである。この色ずれセンサ４０は、各画像形成部１０で形成されたパッチによる色ずれ制御用パターンの相対色ずれを検出するために、例えば、図１における最下流側の画像形成部１０Ｋの下流側で、かつ主走査方向に沿って２個、配置されている。色ずれセンサ４０の発光部は、例えば赤外ＬＥＤ（波長８８０ｎｍ）が２個用いられ、安定したパルス出力を確保するために、２個のＬＥＤの発光光量を調整（例えば２段階）できるように構成されている。

上記４色の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの各々には、像担持体である感光体ドラム１１の周りに、画像形成のための各種ユニットが同様に形成されている。即ち、感光体ドラム１１を帯電させる帯電装置、露光装置１３により露光された感光体ドラム１１にトナー像を現像する現像装置、転写ベルト２１へのトナー像の転写後に感光体ドラム１１に残る残留トナーを除去するクリーナ等の各種ユニットが備えられている。なお、画像形成部１０の構成としては、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいわゆる常用色の他、通常のカラー画像形成には用いられない、例えばコーポレートカラーなどの特殊な画形材に対応させた特定色画像形成部を設けることも可能である。また、上述したＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の他に、ダークイエローなどを含めた５色以上を常用色として用いることもできる。なお、本実施形態では、像担持体である感光体ドラム１１の軸方向を主走査方向、感光体ドラム１１の回転による移動方向を副走査方向としている。

転写ベルト２１としては、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、その両端を溶着等の手段によって接続することによって、無端ベルト状に形成したものが用いられる。この転写ベルト２１は、駆動ロールとバックアップロールとによって、少なくとも一部を略直線的にしたループ状に張られる。そして、この転写ベルト２１の略直線的な部分に対して、略水平方向に一定間隔を隔てて、４色の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋおよび対向する一次転写ロール２３が配列されている。図１に示す例では、転写作業を行う際の転写ベルト２１の移動方向に対して上流側から下流方向に順に、イエローの画像形成部１０Ｙ、マゼンタの画像形成部１０Ｍ、シアンの画像形成部１０Ｃ、ブラックの画像形成部１０Ｋが配列されている。画像形成部１０によって形成された各色の画像が、転写ベルト２１の動きにしたがってベルト上で順に重ね合わされることにより、転写ベルト２１上にカラートナー画像が形成される。そして、転写ベルト２１の移動と用紙搬送とのタイミングが合わされ、二次転写ロール２４と対向ロール２５を含む位置で、転写ベルト２１上に形成されたカラートナー画像が用紙に転写される。この後、カラートナー画像が転写された用紙は、定着器２８に搬送され、定着器２８においてカラートナー画像が用紙に定着されて、画像形成装置の筐体外部に設けられた排出トレイに排出される。

なお、図１には、電子写真方式による画像形成装置の構成例を示したが、本実施形態は、インクジェット方式やサーマル方式等の種々の方式による画像形成装置に対して適用することができる。また、図示の画像形成装置は、いわゆるタンデム型のデジタルカラー機であるが、４サイクル型のカラー機や、単色機等、種々の構成の画像形成装置に対しても本実施形態を適用可能である。

本実施形態は、上記のように構成された画像形成装置において、入力画像に対して出力画像の画質をできるだけ落とさずに、トナー（画形材）の消費量を削減するための画像処理を行う。基本的な考え方として、画像における濃淡の変化が小さい部分、例えば単一色で塗りつぶされた部分の濃度を低下させる。濃淡の変化が小さい部分でのみ処理を行うことで、画質の低下を抑えることができる。具体的な手法としては、画像の空間周波数特性を解析し、デジタルフィルタを用いて、画像における空間周波数の直流成分に対して利得（ＭＴＦ：Modulation Transfer Function）を下げる。以下、本実施形態を実現する制御装置３０の機能について説明する。

図２は、本実施形態における制御装置３０の機能構成を示す図である。
図２を参照すると、本実施形態の制御装置３０は、出力対象である画像のデータを生成する画像生成部３１と、生成された画像中のオブジェクトに対して文字かイメージかを識別するテキスト・イメージ分離部３２と、画像形成装置の動作モードを切り換えるモード切換部３３と、画像の空間周波数特性を解析する空間周波数解析部３４と、特定周波数成分の利得を下げる利得変換部３５と、必要な処理が施された画像データを画像形成ユニット（ＩＯＴ）へ送出する出力部３６とを備える。これらの各機能は、例えば、上述した不揮発性のＲＯＭに格納されたソフトウェアプログラムに制御されたＣＰＵにより実現される。

画像生成部３１は、出力対象の画像の原稿を入力し、ラスタライズして出力用の画像データを生成する。画像生成部３１に入力される原稿は、例えば、ワードプロセッサやグラフィックソフトで作成された電子原稿であっても良いし、スキャナ等の原稿入力手段で読み取り、電子データに変換されたものであっても良い。また、画像生成部３１は、生成した画像に対して、面積階調方式等で用いられるスクリーン処理を施すこともできる。

テキスト・イメージ分離部３２は、画像生成部３１により生成された画像を構成する個々のオブジェクトの各々が、文字であるか文字以外のイメージであるかを識別する。このテキスト・イメージ分離部３２の機能は、既存のテキスト・イメージ分離技術により実現することができる。

モード切換部３３は、所定のユーザインターフェイスによる外部からの選択操作を受け付けて、画像形成装置の動作モードを、通常の動作モードまたは画形材の消費量を削減するセーブモードに切り換える。このモード切換部３３は、例えば、画像形成装置に設けられたコンソールパネル等のユーザインターフェイスに接続されている。そして、ユーザがこのユーザインターフェイスを用いて行ったモード選択の操作を受け付けて、動作モードを切り換える。また、モード切換部３３は、通常の動作モードの場合には、画像生成部３１により生成された画像をそのまま出力部３６へ送信する。一方、セーブモードの場合には、この画像を空間周波数解析部３４へ送信する。

空間周波数解析部３４は、モード切換部３３から送られた画像の空間周波数特性を解析する。空間周波数特性は、画像における濃淡の変化を表す指標であり、値が小さいほど濃淡の変化が小さく（穏やか）、反対に値が大きいほど濃淡の変化が大きい（激しい）。なお、画像の空間周波数特性の解析は、既存の解析手法により行うことができる。

利得変換部３５は、例えば、デジタルフィルタで実現され、空間周波数解析部３４により解析された画像の空間周波数特性に基づき、一定の周波数成分、具体的には、例えば直流成分（周波数＝０）の利得を下げる。利得の下げ率は、例えば５パーセント程度とする。空間周波数特性は、図３に示すように、横軸に空間周波数を取り、縦軸にＭＴＦを取ったグラフで表現することができる。この図３において、実線は、所定の画像における空間周波数特性の一例を示し、破線は、利得変換部３５により直流成分の利得を下げた状態を示す。図３を参照すると、利得変換後の周波数特性（破線）は、変換前の状態（実線）と比較して、直流成分において５パーセント低下している。直流成分、すなわち画像の濃淡の変化がない部分（いわゆるべた塗りの部分）における利得を落とすことで、視覚的には大きな影響を与えることなく画形材の使用量を削減することができる。

利得変換部３５における上述した利得変換は、例えばデジタルフィルタで用いられる係数（パラメータ）を切り換えることで行われる。図４は、３×３デジタルフィルタの係数の例を示す図である。図４（Ａ）に示す通常の動作モード時の係数と、図４（Ｂ）に示すセーブモード時の係数とを比較すると、セーブモードでは中央の値が０．１だけ小さくなっている。この係数と画像の濃度値とで畳み込み積分を実行することにより、空間周波数の直流成分に関して、利得を５パーセント下げることができる。なお、図示のような係数情報は、制御装置３０のメモリ（ＲＯＭ等）に予め格納しておき、利得変換部３５が動作モードに応じて読み出して用いれば良い。

また、利得変換部３５は、テキスト・イメージ分離部３２による識別結果に基づいて、画像中の個々のオブジェクトごとに、係数を使い分けてフィルタリング処理を行うことができる。具体的には、例えば、文字オブジェクトに対しては図４（Ａ）に示したような通常の動作モード用の係数を用い、文字以外のイメージオブジェクトに関しては図４（Ｂ）に示したようなセーブモード用の係数を用いる。このように、オブジェクトの種類に応じて係数を使い分ける、イメージオブジェクトに対してのみ利得変換を行うことにより、セーブモードでの動作時にも、出力画像における文字の鮮鋭度を保つことができる。

出力部３６は、モード切換部３３から送られた画像（通常の動作モードの場合）、または利得変換部３５から送られた画像（セーブモードの場合）を、画像形成ユニット（ＩＯＴ）の露光装置１３へ送出する。

図５は、本実施形態を適用した画像形成装置の画像出力動作の流れを説明するフローチャートである。
まず、画像生成部３１が、スキャナ等の入力手段や外部装置から出力対象の画像の原稿（電子原稿）を入力し、出力用の画像データを生成する（ステップ５０１）。次に、テキスト・イメージ分離部３２が、生成された画像中の文字オブジェクト（テキスト）とその他のイメージオブジェクトとを識別する（ステップ５０２）。

一方、モード切換部３３が、ユーザインターフェイスにおけるユーザの操作を受けて、画像形成装置の動作モードを選択する（ステップ５０３）。通常の動作モードが選択されたならば（ステップ５０３でＮｏ）、画像生成部３１で生成された画像データに基づいて、画像形成装置の画像形成機構により用紙等の印刷媒体上に画像が形成され、出力される（ステップ５０６）。

これに対し、モード切換部３３によりセーブモードが選択された場合は（ステップ５０３でＹｅｓ）、空間周波数解析部３４が、画像生成部３１で生成された画像の空間周波数特性を解析する（ステップ５０４）。そして、利得変換部３５が、テキスト・イメージ分離部３２によりイメージオブジェクトと判断された画像の直流成分の利得を下げる（ステップ５０５）。そして、この利得変換処理が施された画像データに基づいて、画像形成装置の画像形成機構により用紙等の印刷媒体上に画像が形成され、出力される（ステップ５０６）。

上記の動作例では、画像生成部３１により画像データが生成された後、直ちにテキスト・イメージ分離部３２による処理が行われているが、文字オブジェクトとその他のイメージオブジェクトとの識別は、利得変換部３５による処理が行われるまでに完了していれば良い。また、利得変換部３５による処理の前に、空間周波数解析部３４による解析対象を、文字オブジェクト以外のイメージオブジェクトに制限するようにしても良い。

以上のようにして、本実施形態によれば、画像の空間周波数特性において周波数の値の小さい箇所、言い換えれば、画像における濃淡の変化が小さい箇所で、利得を下げることにより、画質への影響を極力抑えながら、画形材の消費を低減させることが可能となる。
なお、上記の実施形態では、電子写真方式による画像形成装置に適用した例を説明したが、その他、インクジェット方式等の種々の方式による画像形成装置に対して同様に適用することができる。そして、画質の低下を極力抑えながら、各々の方式で用いられる画形材（トナー、インク等）の消費量を削減し、装置のランニングコストの抑制に寄与することができる。

本実施形態が適用される画像形成装置を示した図である。 本実施形態における制御装置の機能構成を示す図である。 画像の空間周波数特性の例を示す図である。 ３×３デジタルフィルタの係数の例を示す図である。 本実施形態を適用した画像形成装置の画像出力動作の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

３０…制御装置、３１…画像生成部、３２…テキスト・イメージ分離部、３３…モード切換部、３４…空間周波数解析部、３５…利得変換部、３６…出力部

Claims (11)

1. 画像データを入力し記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
   画形材の消費量を削減するセーブモードに切り換えるモード切換部と、
   前記セーブモードでの動作時に、入力画像の空間周波数特性に基づき、特定周波数成分の利得を下げる利得変換部と、
   前記モード切換部の選択にしたがって、前記入力画像または前記利得変換部により処理された画像を出力する出力部と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記利得変換部は、前記入力画像における空間周波数のうち、直流成分に対して利得を下げることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記モード切換部は、ユーザインターフェイスによる外部からの選択操作を受け付けて、動作モードを切り換えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記入力画像中のオブジェクトに対して、文字かイメージかを識別するテキスト・イメージ分離部をさらに備え、
   前記利得変換部は、イメージと判断された前記オブジェクトに対して、処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 画像データを入力し記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
   入力画像の空間周波数特性を解析する解析部と、
   前記空間周波数特性の解析結果に基づいて、特定周波数成分の利得を下げる利得変換部と、
   前記利得変換部により処理された前記入力画像に基づく画像を出力する出力部と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
6. 前記利得変換部は、前記入力画像における空間周波数のうち、直流成分に対して利得を下げることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記利得変換部による処理を行うか否かを選択するモード切換部をさらに備え、
   前記出力部は、前記モード切換部の選択にしたがって、前記利得変換部により処理された前記入力画像に基づく画像を出力することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
8. 前記入力画像中のオブジェクトに対して、文字かイメージかを識別するテキスト・イメージ分離部をさらに備え、
   前記利得変換部は、イメージと判断された前記オブジェクトに対して、処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
9. 記録媒体上に画像を形成する画像形成装置の画像処理方法であって、
   入力画像の空間周波数特性を解析するステップと、
   前記空間周波数特性の解析結果に基づいて、特定周波数成分の利得を下げるステップと、
   利得を下げる処理が施された前記入力画像に基づく画像を出力するステップと
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
10. 外部からのモード選択の操作を受け付け、画形材の消費量を削減するセーブモードに切り換えるステップをさらに含み、
    セーブモードに切り換えられた場合に、前記空間周波数特性を解析するステップおよび特定周波数成分の利得を下げるステップが実行されることを特徴とする請求項９に記載の画像処理方法。
11. 前記入力画像中のオブジェクトに対して、文字かイメージかを識別するステップをさらに含み、
    イメージと判断された前記オブジェクトに対して、前記空間周波数特性を解析するステップおよび特定周波数成分の利得を下げるステップが実行されることを特徴とする請求項９に記載の画像処理方法。

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