JP2012065088A - 画像処理装置、画像処理方法、画像形成装置、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】画質を低下させることなく、色材使用量の低減処理を少ない演算量で実行する。
【解決手段】ＡＭディザ処理部１０６は、着目位置の入力値とＡＭディザマトリクス１０９の閾値とを比較し、その結果、大ドットが発生し、直前／直上の両方の位置で大ドットが発生している場合は、ドット置き換え処理部１１０は、ドット置き換えマトリクス１１３を参照して、着目位置が置き換えを許可する位置であれば、その位置の大ドットを小ドットに置き換える。
【選択図】図８

Description

本発明は、色材の使用量を低減した画像処理装置、画像処理方法、画像形成装置、プログラムおよび記録媒体に関する。

従来、インクなどの色材使用量の低減手法としては、印刷データから特定のパターンで間引き処理し、実際に使用される色材量を低減する方法（特許文献１を参照）や、入力データに対して一定の比率で階調を減らすことで、色材使用量の大きいシャドー側の成分を減らす方法（特許文献２を参照）がある。

しかし、上記した手法は、色材使用量の低減モードとしての使用を前提とし、色材使用量が少なくなる代わりに画質が低下する。

例えば、間引き処理を実施する場合、元の画像や中間調処理との組合せにより、画像が粗くなり、元の画像にないテクスチャが発生し、画像濃度が低下する等の画質の劣化を発生させる（図１（ａ））。また、階調レベルを引き下げる場合には、ドットパターンに起因する画質の劣化は発生しないが、画像濃度が低下し、表現可能な階調数が減少する（図１（ｂ））。

この他に、ＢＧ／ＵＣＲの処理において、Ｂｋの色材で代用する量を増やし、カラー色材の使用量を低減する方法もあるが、ＣＭＹＫ単色のデータに対しては効果がなく、適用箇所の彩度が低下し、画質劣化が発生する。

従来、高画質な「通常記録モード」と、画質は低下するがランニングコストが低い「色材使用量低減モード」という使い分けにより、ユーザーニーズに対応してきた。しかし、通常記録モードにおいても、低コストと色材使用量の低減が求められている。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、画質を低下させることなく、色材使用量の低減処理を少ない演算量で実行する画像処理装置、画像処理方法、画像形成装置、プログラムおよび記録媒体を提供することにある。

本発明は、入力画像の各画素値に対して、所定の閾値が配列されたＡＭディザマトリクスを用いて順次、閾値処理することにより、着目画素の画素値を異なるドットサイズのそれぞれドットオン、オフの信号に変換する閾値処理手段と、前記着目画素のドットオンのサイズが第１のサイズであるとき、前記着目画素の近傍の既に処理された画素位置にあるドットオンのサイズが前記第１のサイズであるか否かを判定する第１の判定手段と、前記着目画素の近傍のドットオンのサイズが前記第１のサイズであると判定されたとき、前記着目画素の第１のサイズを、前記第１のサイズより小さい第２のサイズへの置換が許可されているか否かを判定する第２の判定手段と、前記置換が許可されているとき、前記着目画素の前記第１のサイズを前記第２のサイズへ変更する変更手段とを備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、インクジェット記録において、画質に寄与しない余剰付着分のインクを削減することにより、ランニングコストが低減される。すなわち、本発明によれば、多値のドットサイズ変調を利用し、記録解像度ピッチ以上のサイズのドットが適用される部位に対して、局部的により小さいサイズのドットへと置き換えを行うことにより、余剰付着分のインクを削減する。このとき、記録解像度ピッチ以上のサイズのドットによるカバーリングを考慮してドットサイズの切り替えを行うため、階調シフトのような濃度低下や階調数の減少を回避することができる。

従来の処理による画質の劣化を説明する図である。 用紙へのインク滴の浸透の様子と、画像濃度とインク付着量との関係を示す。 ドットサイズによる多値化処理例を示す。 階調レベルとインク付着量との関係を示す。 本発明の基本的な考え方を説明する図である。 ＡＭディザマトリクスを示す。 ＡＭディザマトリクスのパターンを元にした切り替えディザマトリクスのパターンの一例を示す。 本発明の実施例の構成を示す。 本発明の実施例の処理フローチャートを示す。 ドット置き換えマトリクスを示す。 本発明の置き換え処理の結果を示す。 ドットサイズフラグの保存方法を示す。 置き換え密度を変えたパターン例を示す。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

図２は、インクジェット記録におけるインク滴の浸透の様子を示す。（ａ）は、インクジェット用コート紙における浸透を示し、（ｂ）は、普通紙／オフィス用紙における浸透を示す。

インクジェットコート紙は、インクを定着させるためのコート層を用紙表面に持ち、付着したインク滴の大部分を画像品質に反映することが可能である。ただし、用紙そのものが高価であり、記録速度を落として印刷する必要があるため、高画質化な画像を少部数印刷する際に使用される。

これに対して普通紙では、インクジェット記録用の加工等が施されていないため、紙面に着弾したインク滴は、紙面で広がる以上に用紙中へ浸透する。この浸透した分のインクについては実質的に画質には寄与せず、画質に関わるのは紙表面の近くに残った部分のインクのみが寄与することになる。

例えば、図２（ｃ）は、インク付着量と普通紙での濃度の関係をプロットしたグラフであるが、ある程度の付着量までは紙表面近くでインクが広がる余地があり、その後、表面近くの浸透域が埋まり、後は用紙の深さ方向に浸透するだけで、いくら付着させても濃度が飽和した状態となる。オフィス等で大量に使用される普通紙においては、この用紙表面を埋めるのに寄与することなく、用紙中に浸透するだけのインク量が多くなることは、ランニングコストに直接影響する。

図３（ａ）は、インクジェット記録における多値ドットの形成方法を示す。インクジェット記録では、吐出させる滴の大きさを変化させることにより、異なる大きさのドットを形成することが出来る。また、用紙表面の影響は受けるものの、ドットの拡がり方はほぼ均等であり、円形のドットが形成できる。通常、吐出方向の曲がり等によって未記録部分が発生しないよう、ベタ階調付近を形成するための大ドットは、ドットピッチ以上のドットサイズとするのが一般である（図３（ｂ））。

しかし、普通紙では、前述したように、用紙中へ浸透して画質に寄与しないインク量が発生することになる。階調レベルとインク付着量をグラフに取ると、図４に示すように、非線形な関係となる。このグラフから分かるように、シャドー側では被覆面積が飽和した後は一定の階調レベル（画像濃度）を得るために急激に滴量が増加することとなり、非常に非効率的な記録方法が採られていることになる。

本発明はこの点を考慮し、画質すなわち画像濃度を確保しつつ、画質向上に寄与しないインク滴量を削減するための画像処理方法を提案するものである。更に、その画像処理を実施する際に、高度な演算処理を必要とすると、演算速度が低下することにより印刷速度が低下し、あるいは演算速度を確保するために高価なシステムを搭載しなければならないことから、本発明では、より簡易に適用する手法を提案するものである。

まず、被覆面積を確保する手段として、隣接するドット位置からのはみ出し量を利用し、着目ドット位置に記録するドットサイズを小さくすることにより、インク量の低減を図る。

図５は、本発明の基本的な考え方を説明する図である。（ａ）に示すように、周囲がベタ埋めで使用される大ドットで囲まれている場合、その中央に位置する着目ドット位置では、周囲ドットのはみ出し分によって実質の被覆面積が向上する。そのため、（ｃ）に示すように、着目ドット位置には、ベタ埋めに使用されるドットよりも一段階あるいはそれ以上小さいドットに置き換えても、被覆能力は低下しないことになる。

ドットを「形成する」か「形成しない」かの２つしか選べない２値記録エンジンの場合は、着目ドット位置にドットを形成しないことになるが、その場合、周囲からのはみ出し量では不足する可能性があるため、好ましくは複数の大きさのドットを形成できる多値記録エンジンに適用されるのが好ましい（２値の場合も、大ドットのサイズ調整により、被覆率とインク滴量の調整を取ることが可能である）。

また、ドットサイズの変更を行うか否かを判定する手段として、着目ドット位置を中心としたｍ×ｎ（ｍ、ｎは１以上の整数）のドット位置を参照してパターンマッチング処理を行う方法もあるが、その場合、参照範囲分のドット情報を常に保持しておく必要があり、パターンマッチング分の演算コストがかかってしまう。

そこで、本発明では、後述するように、ＡＭディザマトリクスの基調パターンと同位相、相似形のマトリクスを用いてドット置き換えを行うことで、メモリコストを少なくし、パターンマッチングの演算コストを不要としている。

図６は、ＡＭディザマトリクスを示す。図６（ａ）は、集中型ＡＭディザマトリクスを示し、（ｂ）は、万線型ディザマトリクスを示す。何れもハイライト部からシャドー部まで固定されたピッチで規定された基調をベースにしてドットを固めて形成し、階調表現を行う方法である（着目画素位置の入力画素値とマトリクスの閾値とを比較し、入力画素値が閾値以上であるとき、ドットオンの信号に変換し、閾値未満のときドットオフの信号に変換する）。

誤差拡散処理やランダム配置される分散型ディザと異なり、画像データ内でのドット形成位置の座標と入力値が分かれば、ＡＭディザマトリクスのパターンから周囲にどのようなサイズのドットが形成され得るかを推測することが可能である。

図７は、ＡＭディザマトリクスのパターンを元にした切り替えディザマトリクスのパターン例を示す。図７（ａ）は、小ドット用の万線型ディザマトリクスを示し、（ｂ）は、大ドット用の万線型ディザマトリクスを示す。階調レベル５〜５０に示すように、着目画素の入力値と座標に応じて、使用する小ドット用、大ドット用の万線型ディザマトリクスを切り替え、階調レベルに応じた小ドットと大ドットを発生させる。

図８は、本発明の実施例の構成を示す。図８において、１０１は画像入力部、１０２はＲＧＢ信号をＣＭＹ信号に色変換するＣＭＭ処理部、１０３は墨を生成し、下色を除去するＢＧ／ＵＣＲ処理部、１０４はインク使用量の総量を規制する総量規制処理部、１０５は階調特性を補正するγ補正処理部、１０６はＡＭディザマトリクスを用いて入力画像に対して中間調処理を行うＡＭディザ処理部、１０７は閾値処理部、１０８は第１の判定部、１０９はＡＭディザマトリクス（図７）を格納した記憶部、１１０は大ドットのドットオン信号を小ドットのドットオン信号に置き換えるドット置き換え処理部、１１１は第２の判定部、１１２はサイズ変更部、１１３はドット置き換えマトリクス（図１０）を格納した記憶部、１１４は中間調処理された画像データからビットマップデータを生成するレンダリング処理部、１１５は出力データである。

入力される画像データは、例えば８ビット階調（０〜２５５）であり、また、閾値処理後のドットデータは、例えば２ビット（０から３）のデータに変換される。すなわち、大ドットのドットオン信号は「３」に変換され、小ドットのドットオン信号は一段階下の「２」に変換される。

図９は、本発明の実施例の処理フローチャートを示す。
ＡＭディザ処理部１０６の閾値処理部１０７は、入力画像の着目ドット位置座標（ｘ、ｙ）を取得し（ステップ２０１、２０２）、着目ドット位置の入力値と、その画素位置に対応したＡＭディザマトリクス１０９の閾値とを比較する（ステップ２０３）。比較の結果、大ドット（ドットサイズフラグを１とし、それ以外を０とする）の発生でなければ（ステップ２０４でＮｏ）、ステップ２１２に進み、比較の結果に応じたドットサイズ（フラグ０）を保持しておく。

比較の結果、大ドットの発生であれば（ステップ２０４でＹｅｓ）、第１の判定部１０８は、閾値処理部１０７から、直前／直上のドット位置で処理したドットサイズフラグを取得する（ステップ２０５）。着目画素（ｘ、ｙ）の直前のドット位置は（ｘ−１、ｙ）であり、直上のドット位置は（ｘ、ｙ−１）である。

第１の判定部１０８は、直前／直上の両方の位置で大ドットが発生（ドットサイズフラグが１）しているか否かを判定し（ステップ２０６）、直前／直上の両方の位置で大ドットが発生していない場合は（ステップ２０６でＮｏ）、ステップ２１２に進み、着目画素位置のドットサイズ（フラグ１）を保持しておく。

直前／直上の両方の位置で大ドットが発生している場合は（ステップ２０６でＹｅｓ）、ドット置き換え処理部１１０の第２の判定部１１１は、ドット置き換えマトリクス１１３を参照して、着目ドット位置（ｘ、ｙ）の置き換えフラグを取得する（ステップ２０７）。

図１０（ａ）は、記憶部１１３に格納されているドット置き換えマトリクスを示す。ドット置き換えマトリクスのサイズは、ＡＭディザマトリクスのサイズと一致（ｘ、ｙ座標位置を一致）させ、ドット置き換えマトリクスのｘ、ｙ座標において、ドットサイズの置き換えを許可する位置に「１」を設定し、ドットサイズの置き換えを許可しない位置に「０」を設定しておく。「１」が設定されていると、図１０（ｂ）に示すように、その位置の大ドットが小ドットに置き換えられ、「０」に設定されていると、その位置の大ドットは小ドットに置き換えられない。

また、ＡＭディザマトリクスに置き換え位置を反映するようにしてもよい。図１０（ｃ）、（ｄ）は、前述したと同様に、それぞれ小ドット用の万線型ディザマトリクスと、大ドット用の万線型ディザマトリクスを示す。図１０（ｅ）、（ｆ）は、置き換え位置を反映したＡＭディザマトリクスを示す。すなわち、図１０（ｆ）の置き換え位置には、「ｎｏｎ：否」を設定し、初めから大ドットの発生を制限した大ドット用の万線型ディザマトリクスを用意しておく。そして、図１０（ａ）に示すようなドット置き換え処理として実施するのではなく、単純にディザマトリクス（ｅ）、（ｆ）を切り換えてもよい。つまり、大ドット用ディザマトリクスを参照した時点で、置き換え処理も実施される。

図９に戻り、第２の判定部１１１は、取得したフラグが「０」であれば（ステップ２０８でＮｏ）、その位置の大ドットは小ドットに置き換えられないと判定して、ステップ２１２に進む。

第２の判定部１１１は、取得したフラグが「１」であれば（ステップ２０８でＹｅｓ）、その位置の大ドットは小ドットに置き換えられると判定する。サイズ変更部１１２は、その位置の大ドットを小ドットに置き換え（ステップ２０９）、ドットサイズフラグを着目ドット位置の結果に合わせて更新する（ステップ２１０）。

閾値処理部１０７は、画素位置が画像の最終ドット位置でなければ（ステップ２１１でＮｏ）、着目ドット位置を次の位置（ｘ＋１、ｙ）に更新し（ステップ２１３）、以下、同様に処理する。

本発明では、上記したように、直前に処理されたドット位置の変換データを保持し（例えば、大ドットを１、それ以外を０のフラグデータとしてＡＭディザ処理部１０６に保存）、直前と直上で処理されたドット位置に大ドットが形成された場合にのみ、ドットの置き換え判定を行うようにしている。

これは、着目しているドット位置が、画像エッジ部にある場合、直前と直上のドットサイズを参照することなく、単純に置き換えを適用して、ドットのサイズダウンを行うことにより、かえってエッジ品質を低下（線が細くなり、がたつきが発生）させてしまう可能性があるためである（図１１（ａ））。そこで、本発明では、直前と直上で処理されたドット位置に大ドットが形成された場合にのみ、ドットの置き換え判定処理を実施している（図１１（ｂ））。本発明では、単純に画像全体を一律の置き換えパターンで処理するよりも高画質な置き換え処理が可能となる。

また、本発明では、中間調処理に使用するディザマトリクスと基調周期を揃えた略相似形のマトリクスを用いてドットサイズの置き換えを行うことにより、中間調処理との干渉によるモアレの発生や見た目のパターンの変化を避けることができる。

本発明では、図１２に示すように、ドットサイズのフラグデータは処理毎に更新することで、フラグ保持用のラインバッファが１ラインバッファで済むため、メモリコストを最小に抑えることが可能となる。

すなわち、閾値処理部１０７の１ラインのバッファには、直前ドット位置（ｘ−１、ｙ）のフラグ（フラグ１）として、既に処理されたドットサイズの変換データ（大ドットを１、それ以外を０）が保持され、直上ドット位置（ｘ、ｙ−１）のフラグ（フラグ２）として、既に処理されたドットサイズの変換データ（大ドット：１または０）が保持され、また着目ドット位置（ｘ、ｙ）のフラグ（フラグ３）として、閾値処理の結果であるドットサイズ（大ドット：１）の変換データが保持されている。

前述したように、ステップ２０６の判定処理では、直前ドット位置（ｘ−１、ｙ）のフラグ１と、直上ドット位置（ｘ−１、ｙ）のフラグ２を参照し、共に大ドットであり、ステップ２０８の判定処理とステップ２０９のサイズ変更処理により、大ドットを小ドットへ置き換えた場合には、着目ドット位置（ｘ、ｙ）のフラグ３の「１」を「０」に更新する。同時に、直上ドット位置（ｘ−１、ｙ）のフラグ２も「０」に更新する（着目ドット位置（ｘ、ｙ）のフラグに合わせる）。以下、着目ドット位置を次の位置（ｘ＋１、ｙ）にシフトして同様の処理を実行する。

本発明では、ディザマトリクスと同一周期／略相似形のドット置き換えマトリクスによるドットサイズの置き換えと、直前に処理した画素の出力ドット情報を参照することで、高度なパターンマッチング処理を必要とせずに、画像エッジを損なわない画像形成が可能となる。

更に、本発明では、ドットの置き換えを行うパターンの密度によってインク消費量の低減効果を調整できる。例えば、図１３（ａ）、（ｂ）は、ドット置き換えマトリクスのパターン例を示す。パターン例２はパターン例１よりも置き換え量が多い、つまり、インク消費量をより低減できるパターンである。

上記したパターン１、２は、ユーザーの判断や、用紙の特性に応じて、ドット置き換え処理部１１０が自動的に、密度の異なるパターンに切り換えても良い。特に、滲み大きい用紙では、置き換え量を多くしても画像濃度の低下は少なく、逆に、滲みの少ない用紙については置き換え量を少なくする必要がある。銘柄を管理できる用紙であれば、用紙の特性に合わせた切り替えパターンを登録しておき、ユーザーが選択、もしくは用紙側にバーコードや識別加工処理が施されている場合は、それを読み取って切り換えても良い。

また、銘柄が不明な用紙に対しても、インクの滲み具合を測定し、登録済みのデータの中から近い特性の用紙の切替パターンを適用するようにしてもよい。

以上のドット置き換え処理は、プログラムとして適用することも、ＡＳＩＣ等の画像処理回路として適用することも可能である。プログラムとして適用する場合は、そのプログラムを記録媒体に保存して、あるいはネットワークを介して画像処理システムで読込み、実行することでも同じ機能を実現することができる。

１０１ 画像入力部
１０２ ＣＭＭ処理部
１０３ ＢＧ／ＵＣＲ処理部
１０４ 総量規制処理部
１０５ γ補正処理部
１０６ ＡＭディザ処理部
１０７ 閾値処理部
１０８ 第１の判定部
１０９ ＡＭディザマトリクス記憶部
１１０ ドット置き換え処理部
１１１ 第２の判定部
１１２ サイズ変更部
１１３ ドット置き換えマトリクス記憶部
１１４ レンダリング処理部
１１５ 出力データ

特開２００６−２７０９２７号公報 特開平９−２１６４１９号公報

Claims (12)

1. 入力画像の各画素値に対して、所定の閾値が配列されたＡＭディザマトリクスを用いて順次、閾値処理することにより、着目画素の画素値を異なるドットサイズのそれぞれドットオン、オフの信号に変換する閾値処理手段と、前記着目画素のドットオンのサイズが第１のサイズであるとき、前記着目画素の近傍の既に処理された画素位置にあるドットオンのサイズが前記第１のサイズであるか否かを判定する第１の判定手段と、前記着目画素の近傍のドットオンのサイズが前記第１のサイズであると判定されたとき、前記着目画素の第１のサイズを、前記第１のサイズより小さい第２のサイズへの置換が許可されているか否かを判定する第２の判定手段と、前記置換が許可されているとき、前記着目画素の前記第１のサイズを前記第２のサイズへ変更する変更手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記第２の判定手段は、前記置換の許可を判定する際に、前記ＡＭディザマトリクスと同一形状のマトリクスの各画素の所定位置に、前記置換を許可する許可フラグが設定されている置換テーブルを参照することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記ＡＭディザマトリクスは、第１サイズ用と第２サイズ用のディザマトリクスからなり、前記第１のサイズ用のＡＭディザマトリクスの所定位置に、前記置換を許可する許可フラグが設定されていることを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
4. 前記第２の判定手段は、色材使用量に応じて前記許可フラグ数が異なる複数の置換テーブルを参照することを特徴とする請求項２記載の画像処理装置。
5. 前記第２の判定手段は、記録用紙の種類に応じて、またはユーザーの指定により前記複数の置換テーブルの何れか一つの置換テーブルを参照することを特徴とする請求項４記載の画像処理装置。
6. 前記着目画素の近傍の画素は、前記着目画素の直前の画素と、直上の画素であり、前記閾値処理手段は、前記着目画素の直前の画素のドットオンの第１のサイズを第１のフラグとして保持し、前記着目画素の直上の画素のドットオンの第１のサイズを第２のフラグとして保持し、前記着目画素のドットオンの第１のサイズを第３のフラグとして保持する１ラインのバッファを備え、前記第１の判定手段は、前記着目画素の前記第１の判定処理時に前記第１、第２のフラグを参照し、前記変更手段は、前記着目画素の前記第１のサイズから第２のサイズへの変更に応じて、前記第２、第３のフラグを更新することを特徴とする請求項１載の画像処理装置。
7. 前記閾値処理手段は、前記着目画素の画素値と画素位置に応じて、前記ＡＭディザマトリクスの第１のサイズ用のディザマトリクスと、第２のサイズ用のディザマトリクスを切り替えることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
8. 前記第１のサイズは、べた埋めできるドットサイズであり、前記第２のサイズは、前記第１のサイズより一段階以上、小さいサイズであることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
9. 入力画像の各画素値に対して、所定の閾値が配列されたＡＭディザマトリクスを用いて順次、閾値処理することにより、着目画素の画素値を異なるドットサイズのそれぞれドットオン、オフの信号に変換する閾値処理工程と、前記着目画素のドットオンのサイズが第１のサイズであるとき、前記着目画素の近傍の既に処理された画素位置にあるドットオンのサイズが前記第１のサイズであるか否かを判定する第１の判定工程と、前記着目画素の近傍のドットオンのサイズが前記第１のサイズであると判定されたとき、前記着目画素の第１のサイズを、前記第１のサイズより小さい第２のサイズへの置換が許可されているか否かを判定する第２の判定工程と、前記置換が許可されているとき、前記着目画素の前記第１のサイズを前記第２のサイズへ変更する変更工程とを備えたことを特徴とする画像処理方法。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像処理装置と、前記画像処理装置からの画像データに基づいて、異なるサイズの液滴を吐出して記録媒体上に画像を形成する画像形成手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項９記載の画像処理方法をコンピュータに実現させるためのプログラム。
12. 請求項９記載の画像処理方法をコンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。