JP2796718B2 - 画像の階調変換方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、絵画、モノクロやカラー写真などの印刷用
原稿や複写用原稿、撮像管やCCDに蓄積されている被写
体に関する画像情報など（以下、これらを総称して「原
画像」という。）から、印刷画像などのハード画像やCR
T（ビデオ）画像などのソフト画像（光による一過性の
表示画像）など（以下、これらを総称して「複製画像」
という。）を作成するときの、即ち原画像から複製画像
を作成するときの新規な濃度領域における画像特性の変
換処理法とそれを利用した機器に関するものである。

更に詳しくは、複製画像を製作するとき、原画像の濃
度領域における濃度特性（以下、画質特性ともいう。）
が非標準的なものであっても、これを予め標準的な濃度
特性のものに調整し、次いで、前記調整後の濃度特性情
報を新規な＜階調変換式＞のもとで処理し、常に、所望
した画質の複製画像を安定的に得る画像の階調変換法、
ならびに前記画像の階調変換法を利用した各種の複製画
像を製作するための機器に関するものである。

（従来の技術とその問題点） 原画像から複製画像を作成するときの画像の階調変換
技術において、原画像の調子（原画像の階調と色調をい
う。以下同じ。）を再現性良く、あるいは所望の画質を
備えた複製画像に変換することができ基礎技術が確立さ
れていないのが現状である。

別言すれば、原画像の複製画像における調子再現、あ
るいは所望した画質を備えた複製画像の作成において、
その基本ともなる「画像の濃度領域における非線形変換
処理技術」が、全く人間の経験と勘に依存しており、非
科学的、非合理的なものである。

ここに言う、「画像の濃度領域における非線形変換処
理技術」（以下、「画像の濃度領域における変換処理技
術」、あるいは単に「画像の階調変換処理技術」とい
う。）は、空間領域における画像処理、空間周波数領域
における画像処理、所与の画像の統計的手法による画像
処理、あるいは所与の画像のパターン解析などに係る画
像特性の処理技術とは根本的に相違する領域の技術であ
り、むしろ、前記諸画像処理技術の基礎となる技術であ
る。

何となれば、画像の階調変換処理技術において、原画
像の特性の如何にもかかわらず、かつその技術的構成や
手段の如何にかかわらず、原画像の調子が1:1で変換さ
れ、かつ得られた複製画像の調子が人間の視覚感覚にと
って自然であると感じられる適切な濃度勾配をもってい
ることが、複製画像を作成するときの画像の階調変換処
理の核心であり、基礎であり、基本であるからである。

しかしながら、現在の画像の濃度領域における変換処
理技術（画像の階調変換処理技術）は、全く人間の経験
と勘に依存しており、しかもこれを科学的で合理的な技
術体系に改めようとする試みがなされていない。

このため、従来の画像の階調変換処理技術に基づく複
製画像を得るための具体的な機械、装置、部品など、あ
るいはこれらを組合わせたシステム技術やシステム機械
・装置などは、複製画像における原画像の調子の再現性
に劣ることはもとより、その機構が不必要に複雑・高度
化しており、製造コスト、使用上の便宜さ、修理やメン
テナンスなどの点で問題がある。

これは、画像特性の階調変換処理技術において、科学
的かつ合理的に原画像の調子を1:1に複製画像に変換す
ることができる基礎技術が、確立されていないことに主
因がある。

これを具体的な技術、例えば原画像としてのカラーフ
ィルム原稿から複製画像である印刷画像を作成する場合
について考察すると、原稿画像の最明部から最暗部に至
る濃度特性を合理的に把握する着意をもたず、さらに、
印刷画像の作成の場合、連続階調の原稿画像から網点階
調の印刷画像へ設定された色分解特性曲線（これは、網
点階調特性曲線ともいわれている。）を介して階調を変
換しなければならないが、前記階調の変換が全く人間の
経験と勘に依存したものである。

このため、画像の階調変換処理に関する諸問題、より
具体的には、印刷画像の作成における非標準的な画質を
もつカラーフィルム原稿の色分解に係る諸問題、カラー
複写機などのディジタル画像処理装置の機能拡充にとも
なうソフトならびにハードウェア機構の複雑化の問題、
写真画像焼付における露光量制御機構の性能の限界の問
題、テレビ画像などの輝度画像の画質調整機能の高度化
対策の問題、レーザープリンター、インキジェットプリ
ンター、サーマルプリンターなどにおける作業的規則性
をもつスムーズな階調の２値（網点階調、多値を含
む。）画像の作成の問題、低照度領域における撮像技術
の時間および撮像機構の制約の克服の問題、画像を応用
した各種検査および管理装置などの機構の簡素化の問
題、画像情報の伝送量の減少化の問題、画像処理装置一
般の機構の簡素化と性能の向上とコストの低減化の問題
など、すべての問題の根源は、基本的には、原画像につ
いてその最明部から最暗部に至る濃度特性を合理的に把
握していないこと、および原画像と複製画像の２つの画
像を相関させる手段、方法を人間の経験と勘に依存して
いることにある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者らは、原画像から複製画像を作成するときに
用いる、現在の画像の濃度領域における階調変換処理技
術は、原画像、例えば複製画像である印刷画像を作成す
るときの写真原稿について、その最明部から最暗部に至
る濃度特性を合理的に把握していないこと、及び画像の
階調変換処理の基本となる、両画像（原稿画像と複製画
像）の階調特性を相関させる手段，方法が人間の経験と
勘に依存したままであること、という基本認識をもって
いる。

このような基本認識のもとで、先に本発明者らは、前
記濃度領域における画像の階調変換技術を科学的、合理
的なものとするため、特定の階調変換式を用いて前記両
画像の階調特性を相関させる提案を行なった（特願昭62
−148912号、特願昭63−114599号参照）。

しかしながら、本発明者らのその後の研究の結果、前
記した特定の階調変換式のもとで行なう画像の階調変換
処理技術は、標準画質のカラーフィルム原稿をスキャナ
ーにより色分解して製版したり、他の画像処理を行なう
場合には極めて効果的であるが、非標準的な画質のカラ
ーフィルム原稿などに対しては合理的に対応することが
できないことが判明した。即ち、これら非標準的画質を
もつ原稿から所望の画質の複製画像を作成するには、試
行実験を必要とすることが判明した。

本発明の目的は、原画像の濃度領域における画像特性
が標準的なものであろうと非標準的なものであろうと、
その画像特性に左右されることなく、常に確実に、所望
した画質を備えている複製画像を作成することができる
画像の階調変換法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明を概説すれば、本発明は、 1.原画像を階調変換して複数画像を製作するときの階調
変換方法において、前記階調変換方法が、 （ｉ）．原画像を記録している媒体（記録媒体）の特性
曲線［記録媒体に入射する光量値（Ｘ）、及び記録媒体
上に形成される濃度情報値（Ｄ）、との間のＸ−Ｄ直交
座標系で規定される特性曲線］上に、原画像の最明部濃
度値（H_n）から最暗部濃度値（S_n）に至る個別濃度特性
曲線fD_n（Ｘ）を規定する工程、 （ii）．前記特性曲線上に、人間の視覚感覚にとって適
切な画質の複製画像を製作するために基準として使用さ
れる基準原画像の最明部濃度値（H₀）から最暗部濃度
（S₀）に至る基準濃度特性曲線fD₀（Ｘ）を規定する工
程、 （iii）．前記個別濃度特性曲線fD_n（Ｘ）を前記基準濃
度特性曲線fD₀（Ｘ）に調整するとともに、原画像上の
任意の画素点（ｎ点）の濃度情報値（D_n）から対応する
基準原画像の濃度情報値（D₀）を求める工程、 （iv）．前記した原画像上の任意の画素点（ｎ点）の濃
度情報値（D_n）に対応する基準原画像上の濃度情報値
（D₀）に基づき、下記＜階調変換式＞を用いて画像の階
調変換を行なう工程、 から成ることを特徴とする原画像から複製画像を製作す
るときの画像の階調変換方法、並びに前記画像の階調変
換法を組込んだ各種の複製画像を製作するための機器に
関するものである。

＜階調変換式＞ 前記＜階調変換式＞において、 （D₀−H₀）：原画像上の任意の画素点（ｎ点）の濃度情
報値D_nに対応する基準原画像の濃度情報値D₀から、基準
原画像の最明部濃度値H₀を差し引いた基礎濃度情報値。

y:原画像上の任意の画素点（ｎ点）に対応した複製画像
上の階調強度値。

y_H:複製画像上の最明部に設定される所望の階調強度
値。

y_S:複製画像上の最暗部に設定される所望の階調強度
値。

α：複製画像を表現するために用いる基材の表面反射
率。

β：β＝10^−γより求められる数値。

k:γ／（S₀−H₀）より求められる数値。

γ：任意の係数。

をそれぞれ表わす。

なお、本発明の前記＜階調変換式＞において、（D₀−
H₀）値は、前記した定義により明らかであるが、D₀値が
原画像上の任意の画素点（ｎ点）の濃度情報値（D_n）に
対応する調整後の基準原画像上の濃度情報値であること
から、（D₀−H₀）値は、変数となるものである。

以下、本発明の構成について詳しく説明する。

（ｉ） 本発明の前記した＜階調変換式＞の開発過程に
ついて。

まず、本発明の＜階調変換式＞の開発過程について説
明する。前述したように、本発明者らは、先に印刷画像
等の複製画像を作成するときの画像の階調変換方法につ
いて提案した（特願昭62−148912号参照）。

ここにおいて、本発明者らは画像の階調変換処理技術
から人間の経験や勘を排除するために、該技術の基本と
なる原画像と複製画像の２つの画像特性の相関関係を決
める時、科学的かつ合理的にその相関関係を決めること
ができる特定の＜変換式＞により画像の階調変換作業を
行なうことを提案した。

本発明の技術的構成は、この先に提案した画像の階調
変換処理技術を更に一般化した関係にあり、先に提案し
た階調変換時に用いられる＜変換式＞の誘導過程は、本
発明の技術的構成の理解を深めるために有用であると考
える。

従って、まず、先に提案した印刷画像などの複製画像
を作成するときの画像の階調変換時に用いる、＜変換式
＞の誘導過程から説明する。なお、ここでは複製画像と
して、その最適な代表例である多色印刷画像の作成に的
を絞って説明する。

印刷物の作成時において写真製版カメラ等を使い、連
続階調のカラー写真原稿から網点階調の印刷画像を作成
するとき、あるいは電子的色分解装置（モノクロ・スキ
ャナー，カラー・スキャナー）を使ってカラー写真原稿
から色分解作業を行なう時に、原稿画像の階調を連続階
調から網点階調に変換しなければならないことは周知の
ことである。

その際、次の点を留意しなければならない。

印刷画像である網点階調画像において、 ・印刷画像の濃度階調を表現するための具体的構成要素
が「網点の面積」と「インキの反射濃度」の２つである
こと、 ・経験上、前記「インキの反射濃度」のファクターにつ
いては、印刷版上の最明部Ｈおよび最暗部Ｓにおける網
点を正しく印刷用紙上に再現させて印刷をする、いわゆ
る適正な印刷を行なうという条件下では、印刷機上で加
減できるインキの量は適正インキ量を中心として±約10
％であるが（ものによっては画質や墨文字をよくするた
めに、黒板では±約20％も加減することがあるが）、イ
ンクの量が階調や色調を変化させる度合が小さいこと、 ・経験上、人間の視覚感覚は「網点面積」パーセントに
おける１％の差異をも濃度差として容易に識別する能力
をもっており、その精度は濃度計よりも優れているこ
と、また製版及び印刷作業工程において同一網点におけ
る面積変動量は数10％にも及ぶこと、 ・所与の網点群（網点配列）に対してインキの塗布量を
変化させることにより、印刷画像の調子（階調や色調）
を変化させる能力は、所与のインキの塗布量のもとで網
点の大きさを変化させることにより印刷画像の調子を変
化させる能力と比較して格段に小さいこと、 という客観的事実及び経験則を考えると、網点階調画像
である印刷画像の作成において網点の面積の管理が極め
て重要であることがわかる。

また、前記したことと関連して写真製版作業において
は、原稿画像の品質内容が千差万別であること、写真製
版作業に続く印刷画像形成工程が多様であり、しかもそ
れぞれの工程はそれぞれの工程なりの作業特質を持って
いること、印刷画像を表現する印刷用紙などの基材及び
印刷インキなどを色材の特質が多様であること、ならび
に印刷物発注者の印刷画像に対する品質評価基準が一様
でないことなどの背景を抱えている。

従ってこれら写真製版、印刷に係る複雑で不安定な要
因を吸収し克服するためには、カラーフィルムなどの連
続階調画像である製版用原稿画像を網点階調画像である
印刷画像に変換するにあたって、作成する網点階調画像
（印刷画像）における最明部最小網点（y_H）と最暗部最
大網点（y_S）を所望のものに任意に選択することが出
来、しかも最明部から最暗部に至る画像の階調を所望し
た通りの階調に、合理的でしかも簡単に設定し調整管理
することができる手だてを設けることが是非とも必要で
ある。

このような考え方に立脚して、本発明者らは下記に示
される＜変換式＞を理論的に、かつ製版実務と整合する
ように導出した。なお、ここで注意を喚起すると、下記
の印刷画像の作成時に使用する＜変換式＞は、本発明の
＜階調変換式＞と一見して同じようであるが、各項の意
味や数値どりに重要な相違があることである。この点は
後述することにして、下記の＜変換式＞の導出過程につ
いて更に説明する。

＜変換式＞ 前記した網点階調である印刷画像の作成時に用いられ
る網点面積パーセントの数値（ｙ）を求める＜変換式＞
は、一般に認められる濃度公式（写真濃度、光学濃
度）、即ち から誘導したものである。

この濃度Ｄに関する一般公式を、製版・印刷に適用す
ると次のようになる。

本発明はこの製版・印刷に関する濃度式（Ｄ′）に、
前述した連続階調画像上の任意の標本点における基礎濃
度値（ｘ）と、これに対応した網点階調画像上の標本点
における網点の網点面積パーセントの数値（ｙ）との関
連づけの要請を組込み、理論値と実測値が近似的に合致
するように、前記＜変換式＞を誘導したものである。

前記＜変換式＞を印刷画像を作成するときの画像の階
調変換方法に適用する場合、印刷用紙の反射率（α）、
印刷インキの表面反射率（β）、及び印刷画像濃度域／
原稿画像濃度域の比（ｋ）の数値を基礎として、印刷画
像のＨとＳに置きたいと所望する網点の大きさ（y_H,
y_S）を任意に選びながら、原稿画像上の任意の標本点
（Ｘ）の基礎濃度値（ｘ）から印刷画像上の対応した標
本点（Ｙ）における網点の網点面積パーセントの数値
（ｙ）を求めるように運用される。

これにより原稿画像（連続階調画像）の濃度階調を印
刷画像（網点階調画像）上に1:1に忠実に再現させるこ
とができる。

尚、多色製版（一般にシアン（Ｃ）、マゼンタ
（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、墨（BL）の４版で１組と考え
られている）の場合、基準となる版（多色製版の場合、
周知の如くシアン版（Ｃ）が基準の版となる。）の作業
基準特性曲線、即ち原稿画像の濃度情報値を印刷画像の
網点面積値に変換するための基準となる網点階調特性曲
線が決まれば、その他の色版の網点階調特性曲線は、基
準となった版のｙの値に印刷インキ各色のグレー・バラ
ンス比に基づく適切な調整数値を乗ずることにより、常
に合理的に決めることが出来る。即ち画像の階調変換を
前記＜変換式＞に基づいて行なうならば、多色印刷にお
ける印刷画像の階調と色調の調整、管理を合理的に行な
うことができる。

本発明者らは、以上のようにして求めた＜変換式＞を
用いることに依り、従来の経験と勘に頼る画像の階調変
換方法から脱却して、合理的に画像の階調の変換を行な
うことができ、かつ階調と密接不可分の関係にある色調
についても合理的に変換することができることを、先に
提案した。

しかしながら、その後の研究において前記＜変換式＞
の運用において、一定の限界があることが判明した。

その限界とは、原稿画像が非標準的品質であるもの、
特に極端に悪い品質内容のもの（例えば、写真撮像時の
露光がオーバーまたはアンダーであるもの）に十分に対
応することができないことである。

このような限界事項に有効に対応するため、本発明者
らは別途γ値の導入により前記＜変換式＞中のβ値とｋ
値を規定する方法を提案したが（特願昭63−114599号参
照）、γ値自体の決定に試行実験の繰り返しが必要であ
るため、十全なものではない。従って、γ値自体を定数
化できる画像の階調変換処理技術を確立することは、画
像処理の自動化、省力化に極めて重要なことである。勿
論、そのような階調変換処理技術において、印刷画像の
画質を意識的に変化させたいときは、γ値として定数値
以外の所定の値を採用することができるという自由度が
確保されていなければならないことはいうまでもない。

（ii） 本発明の＜階調変換式＞による画像の階調変換
処理について 本発明の＜階調変換式＞を用いて画像の階調変換処理
を行なうときには、原稿画像の品質内容が標準的なもの
であろうと、非標準的なものであろうと原稿画像の画質
に如何にかかわらず有効に対応することができ、所望の
画質をもつ複製画像（印刷画像）を常に、安定的に得る
ことができる。

前記（ｉ）項で説明した、本発明者らの先に提案した
＜変換式＞の運用上の問題や限界事項を整理すると、 （イ） 原稿画像の濃度特性曲線（カラーフィルム原
稿の場合には、画像濃度を形成させるために加えられる
物理的処理量、即ち露光量と形成された画像濃度との相
関を示す曲線をいう。）が、直線ないしは略直線的な曲
線である場合には、科学的かつ合理的に画像の階調変換
を行なうことができるが、それ以外の場合（前述したよ
うに、この場合が常態なのである。）には有効性に限界
があること、 （ロ） 製版メーカー等に入稿される原稿画像の濃度
特性曲線（以下、個別濃度特性曲線という。）を、まず
所望する任意の画質の印刷画像を与えるための基準とな
る濃度特性曲線（以下、基準濃度特性曲線という。）に
調整し、次いで調整後の濃度情報に基づいて＜変換式＞
を運用するという技術的構成が組込まれていないこと、 にある。

以上、説明したように先に提案した画像の階調変換処
理技術は、原画像の品質内容、具体的には濃度特性曲線
（個別濃度特性曲線）がどのようなものであるかを認識
し、それを合理的に規定する手段が欠落していることが
判る。

印刷画像の製作においては、千差万別の画質の原稿、
即ち千差万別の濃度特性を有する原稿が入稿され、かつ
処理されていることが常態であることから、合理的な階
調変換処理技術を確立するために、前記した欠落部分を
補完することは極めて重要な意義をなすものである。

本発明者らは、この問題を解決するためにカラーフィ
ルム原稿において、その写真感光材料の濃度特性曲線
（前記した露光量と感光濃度との相関曲線をいう。以
下、これを基本濃度特性曲線という。）は、現像処理条
件が一定の場合（現像条件が一定かつ安定していること
は、当業界において周知のことである。）、一つしか存
在しないことに注目した。即ち、写真感光材料の基本濃
度特性曲線上に、与えられた原稿画像の最明部と最暗部
の二つの濃度値を特定することにより、与えられた原稿
画像の個別濃度特性曲線を規定することができる。な
お、前記したことは印刷画像を得るときの原稿画像のほ
かに、他の複製画像、即ち静電画像、レーザーコピー画
像、インキジエット画像などのハード画像やソフト画像
を作成するときの原画像についても同様にいえることで
ある。

カラーフィルム原稿画像から印刷画像を作成する場
合、その基礎となる最明部濃度値（Ｈ）と最暗部濃度値
（Ｓ）を含む前記した基本濃度特性曲線は、写真感材メ
ーカーが技術情報としてユーザーに提供しているものを
使用すればよい。この基本濃度特性曲線の一例として、
後述する実施例では第１図に示されるものが採用され
る。この基本濃度特性曲線に関する画像情報は、ハー
ド、ソフト何れの形態であるとを問わない。

原稿画像のＨおよびＳの濃度を含む個別濃度特性曲線
は、合理的に規定されたものであれば、例えば、前記し
た写真感光材メーカーの発表している写真感材の基本濃
度特性曲線の情報に限定されるものではなく、ハードで
あるとソフトであるとを問わず、どのような技術情報で
あってもよい。

本発明においては、前記＜階調変換式＞の運用にあた
り前記個別濃度特性曲線を、所望する適切な画質の複製
画像を与えるための基準となる原稿画像の濃度特性曲
線、即ち基準濃度特性曲線に調整しなければならない。

次に、前記基準濃度特性曲線の規定について説明す
る。

一般に、ある画像処理技術のもとで所望する画質の複
製画像を、常に安定的に与える基準となる原稿画像の基
準濃度特性曲線は、前記した基本濃度特性線上の所定の
領域（レンジ）を規定したものである。この場合、基本
濃度特性曲線上において、基準濃度特性曲線は前記個別
濃度特性曲線と相違した領域（レンジ）のものであるこ
とはいうまでもない（この状況は、後述する第２図によ
り示される。） しかしながら、本発明においては、基準濃度特性曲線
を基本濃度特性曲線上に求めなくても、所望の画質を備
えた複製画像を作成するために別の濃度特性をもつ曲線
を採用してもよいことはいうまでもない。

即ち、前記基準濃度特性曲線は、基本濃度特性曲線上
の所定の領域（レンジ）において規定することができる
ほか、直線的濃度特性曲線、あるいは直線部と曲線部を
有する濃度特性曲線などとして規定されてよい。より具
体的には、現在技術の常法になっている、標準画質であ
るカラーフィルム原稿画像の濃度特性曲線をもって、基
準濃度特性曲線とすることもよく、また、ユーザーの好
み、スキャナーの特徴、フィルムから版材への網点の転
移率、印刷におけるドットゲイン、画像の性質や利用目
的などを考慮して曲線の形や曲線の数を任意に設定すれ
ばよい。

次に、前記した二つの濃度特性曲線の調整の方法につ
いて説明する。

前記した二つの曲線、即ち個別濃度特性曲線と基準濃
度特性曲線は、関数化できるものを用いた場合、個別濃
度特性曲線を基準濃度特性曲線に数学的処理により調整
（これは、両者を完全に調整する場合とそうでない場合
とがある。いずれの場合についても、詳しくは後述す
る。）させることができる。個別濃度特性曲線を基準濃
度特性曲線に接合させる場合、例えば基本濃度特性曲線
上に、それぞれ最明部濃度値（H₀,Hn）、最暗部濃度値
（S₀,Sn）を含む基準濃度特性曲線、個別濃度特性曲線
を規定した場合、両者を整合・調整するには基本濃度特
性曲線が前述したように関数で規定されるため、数学的
処理または数学的処理を基本とした画像処理を行なえば
よく、画像の階調変換は、全く合理的に遂行される。そ
の数学的処理の方法、手段は複数通り考えられるが、最
も経済的で、簡便なものを選んで使用すればよい。な
お、個別濃度特性曲線を基準濃度特性曲線に調整させる
ための仕組、手段、方法は前記した数学的処理のほか、
電子工学的処理方式、テーブル参照方式、コンバータ変
換による機械的な処理など、いずれの調整方法をも採用
することができる。

以上の通り、本発明の前記した＜階調変換式＞を使用
することを前提として、原稿画像の画質を決める個別濃
度特性曲線を規定するとともに、所望の画質を備えた複
製画像（印刷画像）を作成するための要件を満たす基準
濃度特性曲線を設定し、その両者を数学的処理などの合
理的方法によって結びつけるならば、原稿画像が標準画
質のものであると否とに係わらず、どのような画質の原
稿画像からでも、前記＜階調変換式＞におけるγ値を定
数化して、常に、確実に、所望した画質をもつ複製画像
を作成することができる。γ値を定数化できることの意
義（なお、印刷画像の画質を任意に変化させたい場合
は、γ値として所定の値をとりうるという自由度が確保
されていることは前述した通りである。）は重要で、前
記＜階調変換式＞の項のほとんどを定数化できること、
従って＜階調変換式＞の計算もそのための機構も簡略化
できることを意味する。

次に、本発明の前記＜階調変換式＞の運用面などの特
質について説明する。

本発明の前記＜階調変換式＞の運用において、濃度情
報値とは原画像（本発明は、前記したように印刷画像を
作成するときのカラー写真原稿に限定されない。）の各
画素のもっている濃度に関する物理量を反映するもので
あればいずれでも良く、最広義に解釈されるべきであ
る。同義語としては、反射濃度、透過濃度、輝度、電流
・電圧値などがある。

本発明の前記＜階調変換式＞の運用において、（ｙ）
値は、一般には階調強度値と称される。ただし、複製画
像が印刷画像の場合、前記したように（ｙ）値は網点面
積％値といわれ、定数となる（y_H）値と（y_S）値は所望
する網点面積％値で設定されることになる。

本発明の前記＜階調変換式＞の運用において、次のよ
うに変形して利用することはもとより、任意の加工、変
形、誘導するなどして使用することも自由である。

前記の変形例は、α＝１としたものである。これは、
例えば印刷画像を表現するために用いられられる印刷用
紙（基材）の表面反射率を100％としたものである。α
の値としては、任意の値を取り得るが、実務上1.0とし
て構わない。このことはビデオ画像などの輝度画像にお
いても同じである。

また、前記変形例（α＝1.0）によれば、印刷画像上
の最明部Ｈにy_Hを、最暗部Ｓにy_Sを予定した通りに設定
することができ、これは本発明において大きな特徴をな
している。このことは、複製画像（印刷画像）上の最明
部Ｈにおいては、定義により（D₀−H₀）＝０となるこ
と、また最暗部Ｓにおいては（D₀−H₀）＝〔基準画像濃
度域〕となること、即ち、 従って、−ｋ・（D₀−H₀）＝−γとなることから明らか
である。このように、本発明の＜階調変換式＞（α＝１
の変形例）を利用するに当り、常に予定した通りのy_Hと
y_Sを印刷画像上に設定することができることは、利用者
が作業結果を考察する上で極めて重要なことである。例
えば、印刷画像におけるy_Hとy_Sに所望する値を設定し、
γ値を変化させると（但し、α＝1.0）、各種の多色製
版時の作業基準特性曲線、即ち色分解特性曲線（これは
網点階調特性曲線ともいわれる。）が得られる。そし
て、これらの色分解特性曲線のもとで得た印刷画像をγ
値との関係で容易に評価することができる。

また、本発明の前記＜階調変換式＞をベースとした画
像特性の変換処理方は、原稿画像の階調や色調の再現、
即ち原稿画像の調子を複製画像（印刷画像）に1:1に再
現させるうえで極めて有用であるが、その有用さはこれ
に限定されるものではない。本発明の前記＜階調変換式
＞は、原稿画像の特性の忠実な再現性以外にも、α，
β，γ値（なお、βとｋに対して用いるγ値は同一でも
異なるものでよい。）、更にはy_H,y_S値を適宜選択する
ことにより原稿画像の特性を合理的に変更したり修正し
たりするうえで極めて有用なものである。本発明におい
ては、「画像特性の変換」をこのように広義に解すべき
である。

本発明の前記＜階調変換式＞の運用を、これまで特に
印刷画像の作成との関連で説明してきたが、その応用面
は、こと印刷画像の作成に限定されるものではない。

即ち、本発明の＜階調変換式＞の応用面としては、 （ｉ） 既に詳しく説明した凸版、平版、網点グラビ
ヤ、シクル・スクリーンなどの印刷画像、あるいは、ド
ットの大きさを変えることができる溶融転写型感熱転写
画像などにみられる網点（ドット）の大きさで複製画像
の階調や色調を表現しようとする場合（これは面積階調
法ともいわれる。）はもとより、 （ii） 昇華転写型感熱転写画像、（銀塩利用）熱現像
転写画像、コンベンショナル・グラビヤ画像などにもみ
られる一定面積の画素当り（例えば１ドット当り）に付
着させる印刷インキなどの顔料、染料（色素）などの濃
淡により階調や色調を表現しようとする場合（これは濃
度階調法ともいわれる。）、 （iii） デジタル式の複写機（カラーコピーなど）、
プリンター（インキジェット式、バブルジェット式な
ど）、あるいはファクシミリなどにみられる一定面積当
りの記録密度、例えばドット数、インキの粒の数や大小
などを変化させることにより階調を表現しようとする場
合（これは、前記（ｉ）の面積階調と類似したものであ
る。）、 （iv） ビデオ信号、テレビ信号、ハイビジョン信号な
どの画像情報に関する電気信号より、単位面積の輝度の
強弱を調整して画像を表現するCRT画像やこれから階調
のある印刷物やハードコピーを得ようとする場合、 （ｖ） 前記したほぼ同等の濃度（輝度、照度）領域に
おける原画像と複製画像との間の画像の変換処理の場合
だけでなく、空間的、輝度的、波長的および時間的不可
視域における撮像、例えば原画像のコントラストが極め
て低いため原画像と複製画像との間の濃度域差が小さ
い、低照度領域における画像情報の入力変換（高感度カ
メラによる撮像など）の場合（このような場合、画像の
階調の変換というより画像のコントラストの強調変換に
力点がある。）、 （vi） この他、濃度表示とともに網点面積％などをも
表示させるようにした濃度・階調変換機構つき濃度計、
色分解事前点検用（例えば校正用カラープルーフ）や色
分解教育用シミュレータなどの印刷関連機器など、 に応用することができる。

本発明の＜階調変換式＞を用いた画像特性の変換処理
法を、前記した種々の応用分野に適用する際、連続階調
（ハードな原稿もソフトな原稿も含む。）から入手され
る画像濃度に関する画像情報及び／又は画像情報電気信
号（アナログでもディジタルでもいずれでも良い。）
を、前記した各種応用分野の機器の画像変換処理部（階
調変換部）で行ない、その処理値であるｙ値（階調強度
値）に対応させて機器の記録部（記録ヘッド）の電流値
や電圧値、あるいはその印加時間などを制御し、網点面
積、一定面積、（１画素）当りのドット数、一定面積
（例えば１ドット）当りの濃度などを変化させて原画像
の濃度階調を1:1に対応させた網点階調などの複製画像
を出力するようにすれば良い。

例えば、本発明の＜階調変換式＞をベースとした画像
特性の変換処理法を用いて、網点階調画像である印刷画
像の原版、すなわち印刷用原版を製作するには、当業界
において周知である既存システムを利用すればよく、市
販の電子的色分野装置（カラー・キスャナー、トータル
・スキャナー）等の色分解・網かけ機構に、本発明の画
像の変換処理法を組み込むことにより達成される。より
具体的には、カラー写真などの連続階調画像である原稿
画像に対して小さなスポット光を照射し、この反射光あ
るいは透過光（画像情報信号）を光電変換部（フォトマ
ル）で受光し、光の強弱を電圧の強弱に変換し、得られ
た画像情報電気信号（電気値）をコンピュータによって
所要の整理・加工を行ない、コンピュータからアウトプ
ットされる加工した画像情報電気信号（電圧値）に基づ
いて露出用光源光の制御を行ない、次いで生フィルムに
レーザーのスポット光をあて印刷用原版を作成する周知
の既存システムにおいて、例えば原稿画像の画像情報電
気信号を整理・加工するためのコンピュータの計算処理
機構部で個別濃度特性曲線を基準濃度特性曲線に調整さ
せるとともに、本発明の＜階調変換式＞を利用して連続
階調の画像情報電気信号を網点階調の画像情報電気信号
となすことができるソフトを組み込めば良いだけであ
る。このようなソフトとしては、本発明の個別濃度特性
曲線を基準濃度特性曲線に調整するとともに前記＜階調
変換式＞のアルゴリズムをソフトウェアとして保有しか
つA/D（アナログ−デジタル変換）、D/AのI/F（インタ
ーフェース）を有する汎用コンピュータ，アルゴリズム
をロジックとして汎用ICにより具体化した電気回路、ア
ルゴリズム演算結果を保持したROMを含む電気回路、ア
ルゴリズムを内部ロジックとして具現化したPAL、ゲー
トアレイ、カスタムIC等々種々の形態をとることができ
る。特に最近においてはモジュール化が発達しており、
本発明の個別濃度特性曲線を基準濃度特性曲線に調整す
るとともに前記＜階調変換式＞をベースとして濃度領域
における画像特性の変換処理を行なうことができる演算
実現機構は、専用のIC、LSI、マイクロプロセッサー、
マイクロコンピューターなどのモジュールとして容易に
製作することができる。そして、光電走査用のスポット
光を順次、点に分割しながら進行させ、一方、レーザー
露光部もこれと同期するように行なえば、前記＜階調変
換式＞により導き出される網点面積パーセントの数値
（ｙ）を持つ網点階調の印刷用原版を容易に作成するこ
とができる。

また、本発明による画像の濃度領域における画像特性
の変換処理は、入力変換の過程で行なわれるのが通常で
あるが、出力変換、記録、伝送、解析、表示など何れの
過程においても行なえることはいうまでもないことであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の実効を検証するため、画像処理の中で最も複
雑な要素をかかえている代表的な事例である、印刷画像
の作成における画像の階調変換、すなわちスキャナー分
解を例にとって説明する。

（ｉ） 先づ、原稿画像の個別濃度特性曲線、および所
望の画質を備えた印刷画像を得るための作業の基準とな
る基準濃度特性曲線の双方を、カラーフィルム原稿の感
材メーカーであるＦ社が一般何に提供しているカラーフ
ィルム技術資料に記載されている基本濃度特性曲線に求
めた。これを第１図に示す。なお、縦軸はカラーフィル
ム濃度（Ｄ）を、横軸は露光量（Ｘ）を表わすものであ
る。

第１図に示される基本濃度特性曲線から、Ｘ→Ｄを求
める関数f_D（ｘ）、その逆関数となるＤ→Ｘを求める関
数f_X（Ｄ）を求めると、下記第１表のごとくなる。な
お、第１表では基本濃度特性曲線をなるべく忠実に規定
するために、ＸまたはＤの定義域ごとに最適関数を求め
た。

（ii） 個別濃度特性曲線を特定するために、同曲線上
にカラーフィルム原稿画像のＨとＳの濃度値であるD_Hn
とD_Sn（以下、個別濃度特性曲線のものであることを示
すためにｎのインデックスを用いる。）を、また基準濃
度特性曲線を特定するために予め決められたＤH_０（例
えば、濃度値0.20）、ＤS_０（例えば、濃度2.80）（以
下、基準濃度特性曲線のものであることを示すためにＯ
のインデックスを用いる。）の値をプロットした。この
状況を第２図と第３図に示す。

（iii） 個別濃度特性曲線と基準濃度特性曲線の調整
について、 本実施例では前記個別濃度特性曲線を数学的処理によ
り基準濃度特性曲線に調整することにした。

その調整の例は、第３図に示されるように次のように
して行なう。

ＤHｎ〜ＤSｎの濃度レンジをもつ個別濃度特性曲線は
露光量レンジとしててＸHn〜ＸSnのXRnを有する。そこ
で、まず個別濃度特性曲線上の任意の濃度情報値Dn値を
関数fx（Ｄ）に代入して、XRn中のXn値を求める。

一方、ＤH_０〜ＤS_０の濃度レンジをもつ基準濃度特性
曲線は露光量レンジとして、ＸH_０〜ＸS_０のXR₀を有す
る。先に求めたXn値をXR₀中の対応するX₀値に調整す
る。

このようにして得られるX₀値に関数fD（Ｘ）に導入し
てD₀値を求める（これによりDn→D₀の変換が終了す
る。）なお、第３図には原稿画像が露光アンダーにより
撮影されたもの、即ちX_Ho＜H_Hnの関係のものが示されて
いる。当然のことながら、露光オーバーはこの逆の関係
になる。

また、第３図に示されるように、調整に当り、次の点
を留意しなければならない。即ち,XR₀（標準原稿の露光
量レンジ）とXRn（非標準的な個別原稿の露光量レン
ジ）とは一致しないことが常態であり、この場合、調整
法としては単純整合（最明部濃度値を同じ値に整合さ
せ、最暗部の整合を不問とする態度。）と比例整合（最
明部濃度と最暗部濃度の両者を整合させる態度。）があ
る。本実施例においては、両方の調整法を採用して個別
濃度特性曲線を基準濃度特性曲線に整合させることとし
た。

その時の整合作業に用いた数式は、次の通りである。

単純整合の場合:Xn＝f_x（Dn）±|m| 比例整合の場合： m:必要平行移動量（|m|＝|XHｎ−ＸH₀|） XR₀:X軸上の標準原稿の露光量レンジ XRn:X軸上の非標準的な個別原稿の露光量レンジ （iv） 具体的な整合ケースについて 具体的な整合ケースとして、カラーフィルム原稿画像
の代表例である標準画像（D_H0＝0.20,D_S0＝2.80）、ハ
イキー（D_Hn＝0.10,D_Sn＝2.70）、およびローキー（D_Hn
＝0.60,D_Sn＝3.20）の３つを取りあげた。その実験の結
果をまとめたものが第２表である。

実験の結果によれば、それらの個別濃度特性曲線を基
準濃度特性曲線に比例的に整合させ、一致せしめること
により、写真撮影時の露光量が多すぎてハイキーな画質
となったカラーフィルム原稿画像からでも、あるいは露
光量が少なすぎてローキーな画質となったカラーフィル
ム原稿画質からでも、標準露光量で撮影され標準画質を
もつカラーフィルム原稿画像をスキャナー分解して得ら
れる印刷画像の画質と同じ画質を備えた印刷画像を得る
ことができた。また、画像の最明部を同じ座標点とし
て、上記２つの濃度特性曲線の形を対比した結果を第４
図（Ａ）および（Ｂ）に示す。第４図（Ａ），（Ｂ）よ
り、個別濃度特性曲線が基準濃度特性曲線に整合された
場合、濃度階調、特に最明部及び最暗部の領域における
濃度階調が見事に修正されているのが判る。

（ｖ） 印刷画像の作成について 次いで、上記資料に基づき、標準画質、ハイキー、ロ
ーキーの３つの代表的画質のカラーフィルム原稿を、上
記濃度特性曲線整合用ソフト及び＜階調変換式＞の計算
用ソフトを組み込んだパーソナルコンピューターPC−98
00を介して、カラーフィルム原稿をスキャニングし、得
られた電気信号（画像情報）を処理する仕組みを施し
た、HELL社製DC−360ERスキャナを使って色分解を行な
い、デュポン社のクロマリン校正法によって校正印刷画
像を作り、その画質の評価を行なった。なお、このとき
のγ値として1.0を用いた。

それら３つの校正印刷画像は、相互に、殆んど同じ調
子、すなわち同じ階調、同じ色調で、何れもグレーバラ
ンスやカラバランスと整ったものであった。また画質の
細部について云えば、当然の結果ではあるが、本発明の
技術によって作られた校正印刷画像では、ハイキーのカ
ラーフィルム原稿ではハイライト部の階調、ローキーの
カラーフィルム原稿では暗部の階調をより豊かで自然な
感じのものにすることができた。

また、同時に、色カブリのある複数点のカラーフィル
ム原稿から、同様にして、校正印刷画像を作成してみた
が、何れも、カラーフィルム原稿画像にある色カブリ
は、複数画像である校正印刷画像では良く取り除かれて
いた。すなわち、本発明の技術は、所謂、色カブリ除去
についても顕著な効果が収められることを確認すること
ができた。

〔発明の効果〕

本発明により、画像処理の最初の工程にある画像の濃
度領域における画像特性の変換処理技術を、予め設定し
た任意の画質を備えている複数画像を、常に確実に作成
することができる科学的かつ合理的技術術に改めること
が出来たことにより、次の効果を収めることが出来る。

（１） 生産技術や製品品質に不安定さと混乱を生起さ
せてきた人間の経験と勘に基づく従来の画像特性の変換
処理技術、即ち、画像の階調や色調などの変換、ならび
にそれらの変更、修正、調整、管理などの技術を、科学
的かつ合理的な技術に置き変えることができる。

（２） 画像特性の変換処理技術、即ち画像の階調や色
調などの変換、ならびにこれらの変更、修正、調整、管
理などすべての技術に、作業的規則性を与えることを可
能とする。

このために、技術、生産性、コスト、品質などの高度
化かつ安定化に対する貢献は大きなものがある。その具
体例を列挙すれば、次の通りである。

スキャナーやシミュレーターの機構を簡単なもの
にすることができ、そのコストを低減化することができ
る。

現在のスキャナーにおいては、必須の機構である、人
間の経験と勘とにもとづいて設定された色分解特性曲線
（網点階調特性曲線）などを数式化するための電子計算
機等の計算機構や、それら特性曲線の記憶装置を不用と
したり、あるいは極めて簡素なものにすることができ
る。

印刷画像形成のための製版工程で必須の作業であ
った、時間と労力とコストを要する煩らわしい色分解特
性曲線（網点階調特性曲線）などの設定手続きそのもの
を不用とする。

さらに、現在の印刷画像の形成工程では、一般に
必須であると理解されている校正手続きを不用にするこ
とができる。

また、現在必要あるいは利便であると考えられている
画像形成シミュレーターを使用せずに、品質の良い製品
が安定的に作られるようになる。

印刷画像の形成においては、原画像の品質が標準
的なもの、あるいは非標準的なものであるとに拘らず、
常に、同じ作業手続き、同じ作業時間で、安定的に良い
製品を作ることが可能となる。

このため、製版時間は大幅に短縮され、資材の節約が
図られ、さらに従来30〜40％にも及ぶやり直し作業を少
なくとも５％まで減少させることができ、製版における
瞬発力を大きくすることができる。

印刷画像などにおける複製画像の調子、すなわち
画像の階調と色調が、常に、人間の視覚感覚にとって、
適切かつ自然であると感じられる画質をもつ画像を安定
的にうることができるようになる。

（３） すべての画像処理技術の教育・訓練課程を、科
学的かつ合理的な内容に変革することができる。

（４） すべての画像処理において、その画像特性や画
像の階調、画像のコントラストの変換、変更、調整、管
理などの日常作業が合理的で科学的、計画的かつ規則的
となる。

（５） 低照度領域で画像のコントラストが不足する場
合の撮像（画像情報の入力変換）において、コントラス
トを増すために必要であった光量子数積分撮影時間の制
約から解放されるため、撮像対象物の変動速度の如何に
かかわらず、低照度域における撮像においても鮮明な画
像を得ることが可能となる。

（６） 画像情報処理ICあるいはLSIなどのアーキテク
チャーにおいて、画像情報の演算回路の設計を合理的に
簡素化することができ、かつその機能を高度化すること
が容易となる。

また、このことは、ディジタル画像などの処理用ソフ
トウェアの内容を、少くとも濃度領域における画像の変
換処理においては、機能を高度化しながら設計を簡単に
し、ソフトウェアのハードウェア化を容易にし、ソフト
ウェアコストを著しく低減させることができるようにな
る。

（７） 画像認識や画像のコントラストを利用した検
査、管理用の装置において、必要な画像部分のコントラ
ストだけを任意に調整することができるので、それら装
置の機能を飛躍的に向上させることができると共に、そ
の製作コストを低減させることができる。

（８） 画像情報処理用シミュレーター、濃度計などの
機器の類に、本発明の技術を採り入れることによって、
その機能の質を高度化するとともに、画像処理システム
の中におけるそれらの機器類の位置づけと役割とを、シ
ステム全体の技術と、より一層緊密な整合性が得られる
ようにする。

（９） すべての画像処理機器が、構造や機構が合理的
に簡素化されて、使い易さが著しく向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図はカラーフィルムの基本濃度特性曲線を示すもの
である。第２図は基本濃度特性曲線上における各種の原
稿画像の濃度域を説明したものである。第３図は個別濃
度特性曲線と基準濃度特性曲線の整合の原則を模式図的
に示したものである。第４図（Ａ）は単純整合により個
別濃度特性曲線を基準濃度特性曲線に整合させた例を示
すものであり、第４図（Ｂ）は比例整合により個別濃度
特性曲線を基準濃度特性曲線に整合させた例を示すもの
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−192460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−61578（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−166968（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−167580（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−58976（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−47156（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−34499（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−64909（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−14682（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−14683（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 1/40 - 1/409 H04N 1/46 H04N 1/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原画像に階調変換して複数画像を製作する
   ときの階調変換方法において、前記階調変換方法が、 （ｉ） 原画像を記録している媒体（記録媒体）の特性
   曲線［記録媒体に入射する光量値（Ｘ）、及び記録媒体
   上に形成される濃度情報値（Ｄ）との間のＸ−Ｄ直行座
   標系で規定される特性曲線］上に、原画像の最明部濃度
   値（H_n）から最暗部濃度値（S_n）に至る個別濃度特性曲
   線fD_n（Ｘ）を規定する工程、 （ii） 前記特性曲線上に、人間の視覚感覚にとって適
   切な画質の複製画像を製作するために基準として使用さ
   れる基準原画像の最明部濃度値（H₀）から最暗部濃度
   （S₀）に至る基準濃度特性曲線fD₀（Ｘ）を規定する工
   程、 （iii） 前記個別濃度特性曲線fD_n（Ｘ）を前記基準濃
   度特性曲線fD₀（Ｘ）に調整するとともに、原画像上の
   任意の画素点（ｎ点）の濃度情報値（D_n）から対応する
   基準原画像の濃度情報値（D₀）を求める工程、 （iv） 前記した原画像上の任意の画素点（ｎ点）の濃
   度情報値（D_n）に対応する基準原画像上の濃度情報値
   （D₀）に基づき、下記＜階調変換式＞を用いて画像の階
   調変換を行なう工程、 からなることを特徴とする原画像から複製画像を製作す
   るときの画像の階調変換方法。 前記＜階調変換式＞において、 （D₀−H₀）：原画像上の任意の画素点（ｎ点）の濃度情
   報値D_nに対応する基準原画像の濃度情報値D₀から、基準
   原画像の最明部濃度値H₀を差し引いた基礎濃度情報値。 y:原画像上の任意の画素点（ｎ点）に対応した複製画像
   上の階調強度値。 y_H:複製画像上の最明部に設定される所望の階調強度
   値。 y_S:複製画像上の最暗部に設定される所望の階調強度
   値。 α：複製画像を表現するために用いる基材の表面反射
   率。 β：β＝10^−γより求められる数値。 k:γ／（S₀−H₀）より求められる数値。 γ：任意の係数。 をそれぞれ表わす。
2. 【請求項２】記録媒体が写真感光材料であり、記録媒体
   の特性曲線が写真濃度特性曲線である請求項１に記載の
   画像の階調変換方法。
3. 【請求項３】階調強度値、ｙ、y_H、及びy_Sが網点面積％
   値で表示されるものである請求項１に記載の画像の階調
   変換方法。
4. 【請求項４】複製画像が印刷画像である請求項１に記載
   の画像の階調変換方法。