JP2824999B2

JP2824999B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JP2824999B2
Application number: JP2020400A
Authority: JP
Inventors: 幸雄永瀬; 和久剱持
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JPH03227178A; US5359433A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は画像処理装置、詳しくは入力した多値画像デ
ータを階調画像を形成する画像形成装置に出力する画像
処理装置に関するものである。

［従来の技術］高速かつ低騒音プリンタとして近年注目されているも
のに、電子写真方式を採用したレーザビームプリンタが
ある。この装置は主として文字や線画及び図形等の２値
記録用に用いられており、中間調処理を必要としないの
で、プリンタの構造や画像処理用の回路も簡単に構成さ
れている。

ところで、このような２値プリンタを用いても中間調
を再現する方式がある。かかる方式としてはデイザ法、
濃度パターン法等が良く知られている。しかし周知の如
く、デイザ法、濃度パターン法等を採用したプリンタで
は高解像度が得られないという問題がある。そこで、近
年、画像信号をパルス幅変調（PWM）してレーザを駆動
することにより、２値記録方式を採用しつつも、中間調
形成できるプリンタが開発されてきた。このPWM方式に
よれば高解像度で、かつ高階調性の画像を形成できるこ
とになり、この技術は特にカラー画像形成には欠かせな
いものとなつている。

［発明が解決しようとしている課題］ところが、このPWM方式のレーザビームプリンタにお
いても、種々の問題がある。一つは電子写真技術そのも
のが有する画像形成濃度の不安定さに関連しており、も
う一つはレーザビームをパルス幅変調することによるこ
とに関連している。

以下、その詳細を説明する。

第11図は電子写真方式のプリンタ機構部の一般的な構
造を示す図である。

このプリンタ機構部は、軸300を中心にして矢印方向
に回転駆動される像担持体としての感光ドラム301と、
この感光ドラム301周囲のドラム回転方向に順次配設し
た帯電器302、現像器303、転写用放電器304、クリーニ
ング器305及び感光ドラム301の上方（図面上部）に配設
した光学系からなる。

この光学系は半導体レーザ部306と、高速且つ定速に
回転するポリゴンミラー307と、ｆ−θレンズ308、及び
図示しない遮光板等から構成されている。半導体レーザ
部306は、不図示の画像読取装置や電子計算機等によつ
て演算出力される時系列のデジタル画素信号に対応して
PWM変調されたレーザ駆動信号によつて発振されてレー
ザビームを出力している。このレーザビームはポリゴン
ミラー307に照射される。ポリゴンミラー307は高速且つ
定速で回転しているため、その側面に照射されたレーザ
ビームは、帯電器302と現像器303との間を通過するドラ
ム面を、ドラム303の母線方向（図面の垂直方向）に走
査（露光）することになる。

ところで、一般に感光ドラム301は周囲環境変化及び
時間経過によつて、その露光感度や残留電位等の特性が
変化する。しかも、現像器303の現像剤（トナー等）
は、その帯電量等が変化することにより現像濃度に大き
な変動を来たす。これらは電子写真技術そのものが有す
る濃度不安定の問題であるが、PWM方式レーザビームプ
リンタによる微小濃度の形成にも影響するものである。

第９図はパルス幅変調（PWM）回路の一例を示す回路
ブロツク図、第10図はレーザドライバ回路の回路図、第
12図はPWM回路の動作を示すタイミングチヤートであ
る。

第９図において、401は８ビツトのデジタル画像信号
をラツチするTTLラツチ回路、402はTTL論理レベルを高
速ECL論理レベルに変換するレベル変換器、403はECL論
理レベルをアナログ信号に変換するD/Aコンバータであ
る。404はPWM信号を発生するECLコンパレータ、405はEC
L論理レベルをTTL論理レベルに変換するレベル変換器で
ある。406はクロツク信号2fを発生するクロツク発振
器、407はクロツク信号2fに同期して略理想的三角波信
号を発生する三角波発生器、408はクロツク信号2fを1/2
分周して画素クロツク信号ｆを作成している1/2分周器
である。これによりクロツク信号2fは画素クロツク信号
ｆの２倍の周期を有していることになる。尚、回路を高
速に動作させるために、随所にECL論理回路を配してい
る。

かかる構成からなる回路の動作を第12図のタイミング
チヤートを参照して説明する。信号はクロツク信号2
f、信号はその２倍周期の画素クロツク信号ｆを示し
ており、図示の如く画素信号と関係付けてある。また三
角波発生器407内部においても、三角波信号のデユーテ
イ比を50％に保つため、クロツク信号2fを一旦1/2分周
してから三角波信号はECLレベル（０〜1V）に変換さ
れて三角波信号になる。

一方、画像信号はOOH（白）〜FFH（黒）まで256階調
レベルで変化する。尚、記号“H"は16進数表示を示して
いる。そして、画像信号は幾つかの画像信号値につい
てそれらをD/A変換したECL電圧レベルを示している。例
えば、第１画素は黒画素レベルのFFH、第２画素は中間
調レベルの80H、第３画素は中間調レベルの40H、第４画
素は中間調レベルの20Hの各電圧を示している。コンパ
レータ404は三角波信号と画像信号を比較すること
により、形成すべき画素濃度に応じたパルス幅T,t₂,t₃,
t₄等のPWM信号を発生する。そしてこのPWM信号は0V又は
5VのTTLレベルに変換されてPWM信号になり、レーザド
ライバ回路500に入力される。

次に、第10図を参照してレーザドライバの構成を説明
すると、500は定電流型レーザドライバ回路、501は半導
体レーザ素子である。この半導体レーザ素子501はスイ
ツチングトランジスタ502がオンしているときにレーザ
光を発し、またトランジスタ502がオフしたときにレー
ザ光の出力を停止する。そして、このスイツチングトラ
ンジスタ502は、これと対を成すトランジスタ504と共に
電流スチツチ回路を形成しており、入力するPWM信号
に応じて半導体レーザ素子501に通じるべき電流をオン
／オフ（転流）制御する。そして、レーザ素子501を流
れる電流は、トランジスタ505により一定に制御されて
いる。しかもこの一定電流値はトランジスタ505のベー
ス電位を変えることにより可変になる。即ち、入力した
８ビツトのレーザパワー値をD/Aコンバータ503でアナロ
グ電圧に変換し、この電圧と基準電圧とを比較した電圧
値をトランジスタ505のベースに入力することにより、
レーザパワー値に対応したレーザ駆動電流値を決定して
いる。

しかし、このような制御を行つても半導体レーザ素子
501の応答性による、以下に示すような問題がある。

第12図において、１画素当りの最大発光時間をＴ（se
c）とすると、理想的にはPWMが０〜Ｔ（sec）の間でパ
ルス幅を変化するときには半導体レーザ素子501のレー
ザビームもそのパルス幅の区間だけ発光することが望ま
しい。しかし、実際には半導体レーザ素子501及びその
駆動回路500を介することにより、PWM信号との間には
波形に示すようなレーザビーム発光／停止の応答遅れ
が生じ、例えばパルス幅Ｔ及びt₂のように、ある程度以
上PWM信号のパルス幅が大きい場合は良いが、パルス幅t
₃のようにパルス幅が小さいときはレーザ素子501が完全
にオン状態になれない。さらにパルス幅t₄に至つては、
半導体レーザ素子501が事実上ほとんど動作していな
い。

ビーム効果はレーザビームの発光状態を２次元的に
示している。第１画素は黒なので、レーザ素子501は画
素の全期間中オンしている。しかし、PWM信号のパルス
幅が例えばt₃＝10nsのように極めて短い時間となつた場
合は、そのビームが実際に生じるか否かの問題はもとよ
り、かろうじてビームが発光しても電子写真法による像
形成上の極めて不安定な領域に入つているため安定な濃
度形成が望めない。このように、PWM法により階調表現
では濃度形成できる最小パルス幅には限界があり、この
限界を仮にt₃＝10nsとした場合には、これ以下のパルス
幅（ハイライト部）の階調は全て白となつてしまうこと
になる。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであり、画
像形成装置における出力画像のハイライト部分の濃度を
安定して形成させることを可能ならしめる画像処理装置
を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段及び作用］この課題を解決するため、本発明の画像処理装置は以
下に示す構成を備える。すなわち、多値画素データを受信し、受信した多値画素データ
を、階調画像を形成する画像形成装置に出力する画像処
理装置であって、受信した多値画素データの濃度レベルが、所定の再生
可能な濃度レベルを下まわるか否かを判断する判断手段
と、前記判断手段によって注目多値画素データの濃度レベ
ルが前記所定の再生可能な濃度レベルを下まわらないと
判断された場合、受信した多値画素データに応じた階調
信号を前記画像形成装置に出力する出力手段と、前記判断手段によって注目多値画素データの濃度レベ
ルが前記所定の再生可能な濃度レベルを下まわると判断
した場合、当該受信した注目多値画素データを前記所定
の再生可能な濃度レベル又は前記所定の再生可能な濃度
レベルを下まわる多値画素データの濃度レベルの中で最
も小さい最小濃度レベルに変換する２値化手段とを備
え、前記２値化手段は、前記注目多値画素データの濃度
と、前記２値化手段により以前に２値化されたことによ
り発生した２値化結果から求められる出力平均濃度とを
比較し、前記注目多値画素データの濃度が前記出力平均
濃度を上まわる場合には前記注目多値画素データの濃度
を前記所定の再生可能な濃度レベルに変換し、前記注目
多値画素データが前記平均濃度を上まわらない場合には
前記注目多値画素データの濃度を前記最小濃度レベルに
変換することを特徴とする。

［実施例］以下添付図面に従つて本発明に係る実施例を詳細に説
明する。

＜概略構成の説明（第１図）＞第１図は本実施例のレーザビームスプリンタの概略構
成を示すブロツク図である。

図中、200は所定中間濃度以下の画素データを２値化
処理を行う低濃度部２値化処理回路（詳細は後述する）
である。

また、400は画像信号をパルス幅変調するPWM回路、50
0はレーザドライバ回路、501は半導体レーザ素子であ
る。300は像形成部（感光ドラム301を有している）であ
り、PWM回路、レーザドライバ回路、像形成部300の構造
はそれぞれ先に説明した第９図、第10図、第11図の構造
を採用している。

かかる構成において、例えば通常の256階調を有する
８ビツト入力画素信号Ａは、低濃度部２値化処理回路20
0により、PWM法レーザビームスプリンタに適した８ビツ
トの出力画像信号Ｂに変換される。更にこの画像信号Ｂ
はPWM回路400に入力され、レーザドライバ回路500、半
導体レーザ素子501を介して、像形成部300において電子
写真法による高階調画像を形成する。

＜低濃度部２値化処理回路の説明（第２図〜第６図）＞第２図は実施例における低濃度部２値処理回路200の
内部ブロツク構成である。

図示の如く、低濃度部２値化処理回路200は、低濃度
部検出回路201、２値化処理回路202、平均濃度演算回路
203、２値メモリ（３ライン分のメモリ容量を有する）2
04及びセレクタ205より構成されている。

簡単に説明すると、実施例では、入力した画素データ
Ａの濃度値が、像形成部300で再現し得る最低の中間調
濃度“M"以下のものである場合に、その濃度値の値を
“0"、或いは“M"に補正してPWM回路400に出力するもの
である。但し、注目画素の濃度値が最低の中間調濃度
“M"以上の場合には、そのままPWM回路400に出力する。

以下、順を追つて第２図の動作説明を行う。

第４図において、同図（Ｄ）は例えば外部のホストコ
ンピユータやイメージリーダから出力されてくる画像デ
ータＡ（第１図参照）を示している。尚、説明が前後す
るが、この画像データＡであるが、通常の画像処理と同
様に補正後のデータも含む。同図（Ｃ）はその入力画像
データ“Ｇ（i,j）”に基づいて低濃度部のみを検出し
たあとの画像データの変換例“Ｌ（i,j）”を示したも
ので、PWM方式のレーザビームプリンタにおけるハイラ
イト部の階調再現性を考慮した所定中間調濃度“M"を基
準として変換される。尚、説明を簡単にするため、実施
例における像形成部300にレーザビームプリンタが所定
濃度を形成できるような最小パルス幅を、例えばt₃＝10
nsとし、これに対応する中間調濃度値“M"を、Ｍ＝30と
する。ここで、“30"とは、10進数における数値で、実
施例では０〜255レベル、すなわち、256階調中の“30"
という意味である。

さて、第４図（Ｄ）において、各枠内の値が個々の画
素の濃度値を示している。今、図示における太枠を注目
画素Ｇとする。

この注目画素Ｇ（＝Ｇ（i,j））の値は低濃度検出回
路201に予め設定してある値Ｍ（閾値＝30）と比較さ
れ、その比較結果が信号線206に出力される。また、こ
れと同時に低濃度部検出回路201からは２値化処理回路2
02に変換値Ｌ（i,j）として、以下に示す値が出力され
る。

Ｇ＜Ｍのとき、Ｌ（i,j）←Ｇ（i,J） …（１）Ｇ≧Ｍのとき、Ｌ（i,j）←Ｍ …（２）とされる。

すなわち、注目画素が閾値Ｍ未満の場合にはそのまま
の値を、また、閾値Ｍ以上の場合には閾値の値ＭをＬ
（i,j）として出力する。

２値化処理回路202は、低濃度部検出回路201より入力
した変換値Ｌ（i,j）を、平均濃度演算回路203より出力
された平均濃度値Ｓと比較することにより、“０（平均
濃度値Ｓ以下のとき）”または“１（平均濃度値Ｓ以上
のとき）”に２値化する。そして、２値化された値Ｂは
２値メモリ204に格納される。

また、平均濃度演算回路203は以下の様にして平均濃
度値Ｓを算出する。

すなわち、注目画素近傍の既２値データ群を２値メモ
リ204より読み込み、予め設定してある重みマスクを用
いることで得る。重みマスクは、第４図（Ａ）に示す様
に、注目画素の近傍１〜２画素の範囲内において一定の
勾配を持ち、そのマトリクス要素の総和が先に示した所
定の中間調濃度値Ｍ（＝30）に等しくなつている。この
重みマスクと２値メモリ204に記憶された注目画素近傍
の画素とを重ね合せることにより、平均濃度値Ｓが算出
される。

第４図（Ｂ）の場合、注目画素位置に対する平均濃度
値Ｓは、Ｓ＝６×０＋10×０＋５×１＋９×１＝14 となる。

尚、この平均濃度値Ｓのとり得る範囲は第５図に示す
ように、０〜Ｍ（＝30）の間を変化することになる。

さて、第４図の場合、入力した画素データのもともと
の値は“20"であるので、低濃度部検出回路201からは
“20"が変換値Ｌ（i,j）として２値化処理回路202に出
力される。これと同時に、平均濃度演算回路203からは
“14"が平均濃度値Ｓとして２値化処理回路202に出力さ
れる。

従つて、２値化処理回路202における判定結果は、Ｌ
（i,j）＞Ｓであるため、Ｂ＝１として２値メモリ204に
出力されることになる。

また、２値化処理回路202はこの判定結果を基に以下
の様な基準で、注目画素に対する補正データＧ′を出力
する。

すなわち、Ｂ＝１のとき、Ｇ′＝30 Ｂ＝０のとき、Ｇ′＝０従つて、第４図においては、Ｂ＝１であるので、Ｇ′
＝30が２値化処理回路202よりセレクタ205の一方の入力
端子側に入力される。また、セレクタのもう一方の入力
端子側には注目画素の元々の値Ｇ（＝20）が入力されて
いる。

ここで、セレクタ205は、注目画素データのもともと
の値が像形成部300で再現し得る最低濃度Ｍ以下である
と判断した場合にＧ′を選択し、それ以外のときにはＧ
を選択して出力する。第４図の場合には、注目画素の濃
度Ｇは“20"であるので、２値化処理回路202より出力さ
れたＧ′（＝30）を選択し、第１図に示したPWM回路400
に出力することになる。

一方、注目画素の濃度ＧがＧ≧Ｍの関係にある場合の
処理例を第６図を用いて説明する。

入力した注目画素の濃度Ｇは“45"であるので、“Ｍ
（＝30）”が低濃度部検出回路201より２値化処理回路2
02にＬ（i,j）として出力される（同図（Ｃ），
（Ｄ））。従つて重みマスク（同図（Ａ））による平均
濃度値Ｓにかかわらず注目画素の２値化信号Ｂは“1"に
なり、２値メモリ204には“1"が、セレクタ205には“3
0"が出力されることになる。ところで、このとき低濃度
部検出回路201は注目画素の濃度値Ｇが、Ｇ≧Ｍである
ことを示す信号を信号線206を介してセレクタ205に出力
している。従つてセレクタ205は、注目画素のもともと
のデータ（濃度が“45"のデータ）を選択し、出力す
る。

従つて、入力したデータが“Ｍ〜255"レベルの値にあ
るときには、そのままの値が出力されるため濃度が保存
されることになる。

また、Ｇ≧Ｍと判断された場合には、２値データとし
て必ずＢ＝１が２値メモリ204に記憶される。

上述した実施例の低濃度部２値化処理回路200の処理
内容を整理すると第２図に示すフローチヤートの如くに
なる。

先ず、ステツプS1において、注目画素ＧをステツプS1
で入力する。次いで、ステツプS2において、その値（注
目画素の濃度値）が像形成部300で再現し得る最低濃度
値Ｍと比較する。比較結果、Ｇ≧Ｍであると判断した場
合には、ステツプS3に進んで注目画素の濃度入Ｇをその
ままPWM回路400に出力する。

また、Ｇ＜Ｍであると判断した場合には、ステツプS4
に進んで、注目画素近傍の既２値化データに基づき平均
濃度Ｓを算出する。そして、ステツプS5に進んで、その
算出した平均濃度値Ｓと注目画素の濃度Ｇとを比較す
る。この比較結果、Ｇ＞Ｓと判断した場合には、“M"を
PWM回路400に出力し（ステツプS6）、それ以外（Ｇ≦
Ｓ）の場合には“0"をPWM回路400に出力する（ステツプ
S7）。

以上説明した処理によつて、入力した“０〜255"レベ
ルの連続する256階調のデータを、“0",及び“Ｍ〜255"
のレベル、すなわち、１〜（Ｍ−１）のレベルのデータ
を使用しない画像データとして出力することが可能な
る。しかも、使用しないレベルのデータを入力したとき
には、“0"か“M"かのいずれかにして出力するが、その
場合の全体的な濃度は保存する方向に作用させるので、
良好なそして安定した可視像を形成させることが可能と
なる。

尚、実施例では“M"を像形成部300で再現し得る最低
濃度値としたが、任意の値を設定することで、電子写真
プロセス独特の不安定な像形成条件を使用しなくても、
ハイライト部の像の再現が可能となり、全ての濃度域で
の安定した階調再現が可能となる。

また、実施例では可視画像を形成できるPWMの最小パ
ルス幅をt₃＝10nsとし、これに対応答する最低濃度値を
Ｍ＝30としたが、これによつて本発明が限定されるもの
ではない。むしろ、最小パルス幅t₃（最低濃度値Ｍ）等
は、像形成部300によつて或る程度ばらつくことが予想
される。従つて例えば装置外部にその値を変更設定する
ためのスイツチを設け、より細かい調整を行なえるよう
にした方が望ましい。

また、実施例におけるもう１つの効果は、低濃度部
（０〜Ｍ）の２値化プロセスにある。

一般に、“0"か“M"のいずれかに２値化する場合、そ
の域値として“M/2"を採用することが多い。しかしなが
ら、その手法を採用した場合、低濃度部で連続的な階調
変化があつたとしても固定域値で２値化処理されてしま
うために、階調性が失われ、その結果２値化誤差も大き
なものとなり、著しい画質の劣化が発生する。

これに対して、実施例のように、閾値が平均濃度とし
て画像濃度に追従するように作用するので、２値化誤差
を小さく抑えることが可能となり、且つ低濃度部におい
ても画像濃度にかかわらずハイライト部の緩やかな濃度
変化をより正確に再現させることが可能となる。

また、低濃度部検出回路200内の平均濃度演算回路203
で用いられる重み計数の分布は、その領域が広い程、エ
ツジ強調が大きく現われるため、第７図に示す重みマト
リクスから第８図に示す重みマトリクスへとマスクパタ
ーンを広げることにより、エツジ強調効果を強めること
も可能である。この場合、何種類か重みマトリクスを用
意し、オペレータが自由に選択して処理させるようにす
る。

更には、実施例ではレーザビームプリンタを例にして
説明したが、感光ドラム等に照射するビーム量を制御し
て階調を再現するのであれば他の方式によるプリンタに
も実施例の原理をそのまま適応できるので、これによつ
て本発明が限定されるものではない。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、画像形成装置に
おける出力画像のハイライト部分の濃度を安定し形成さ
せることが可能になる。

また、２値化では再生可能な最小濃度以下の場合に、
入力多値画素データを２値化し、更には、その２値化に
よって濃度を保存するようにしているので、入力画像に
対する出力画像の濃度も良好に保存することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のレーザビームスプリンタの概略構成
を示すブロツク図、第２図は、実施例の低濃度部２値化処理回路のブロツク
図、第３図は低濃度部２値化処理回路における処理内容を説
明するためのフローチヤート、第４図及び第６図は低濃度部２値化回路の動作プロセス
を説明するための図、第５図は２値判定処理を説明するための図、第７図及び第８図は他の実施例における重みマスクパタ
ーン例を示す図、第９図は本実施例装置に採用したPWM回路の回路構成を
示すブロツク図、第10図は本実施例装置に採用したレーザドライバ回路の
回路例を示す図、第11図は本実施例装置に採用した電子写真方式のプリン
タ機構部を示す図、第12図はPWM回路の動作を示すタイミングチヤートであ
る。図中、200……低濃度部２値化回路、201……低濃度検出
回路、202……２値化処理回路、203……平均濃度演算回
路、204……２値メモリ、205……セレクタ、300……像
形成部、301……感光ドラム、400……PWM回路、500……
レーザドライバ回路、501……半導体レーザ素子であ
る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多値画素データを受信し、受信した多値画
素データを、階調画像を形成する画像形成装置に出力す
る画像処理装置であって、受信した多値画素データの濃度レベルが、所定の再生可
能な濃度レベルを下まわるか否かを判断する判断手段
と、前記判断手段によって注目多値画素データの濃度レベル
が前記所定の再生可能な濃度レベルを下まわらないと判
断された場合、受信した多値画素データに応じた階調信
号を前記画像形成装置に出力する出力手段と、前記判断手段によって注目多値画素データの濃度レベル
が前記所定の再生可能な濃度レベルを下まわると判断し
た場合、当該受信した注目多値画素データを前記所定の
再生可能な濃度レベル又は前記所定の再生可能な濃度レ
ベルを下まわる多値画素データの濃度レベルの中での最
小濃度レベルに変換する２値化手段とを備え、前記２値化手段は、前記注目多値画素データの濃度と、
前記２値化手段により以前に２値化されたことにより発
生した２値化結果から求められる出力平均濃度とを比較
し、前記注目多値画素データの濃度が前記出力平均濃度
を上まわる場合には前記注目多値画素データの濃度を前
記所定の再生可能な濃度レベルに変換し、前記注目多値
画素データが前記出力平均濃度を上まわらない場合には
前記注目多値画素データの濃度を前記最小濃度レベル変
換することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】前記所定の再生可能な濃度レベルは、前記
最小濃度レベルを除く再生可能な最小濃度レベルである
ことを特徴とする請求項第１項に記載の画像処理装置。
【請求項３】前記２値化手段は、重み付け係数を有する
マトリックスを有し、注目画素位置における前記平均濃
度を、前記マトリックス内の係数値と当該係数の位置に
対応する位置の２値化結果の情報に基づいて算出するこ
とをことを特徴とする請求項第１項に記載の画像処理装
置。
【請求項４】前記出力手段は、受信した多値画素データ
をパルス幅変調した階調信号を前記画像形成装置へ出力
することを特徴とする請求項第１項に記載の画像処理装
置。