JP3777414B2

JP3777414B2 - 混成ハーフトーンスクリーン生成法

Info

Publication number: JP3777414B2
Application number: JP02444297A
Authority: JP
Inventors: 寿人長島
Original assignee: 独立行政法人国立印刷局
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: JPH10210292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数変調スクリーニング法を用いて、精細かつ緻密な高精細印刷物を得るための、振幅変調法と周波数変調法を組み合わせた混成ハーフトーンスクリーン生成法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
印刷産業分野において、印刷用紙に白黒２値に加え、中間調、即ち、連続階調画像を表現するには、必ず網点（ハーフトーン）が必要となり、該網点は人間の視覚による濃淡識別が、細かい点の集合体をひとつの階調として認識する性質に依存している。前記連続階調画像をハーフトーン化する方法として、振幅変調スクリーニング法と周波数変調スクリーニング法が知られている。また、従来の網点生成技術は大手製版メーカーに主導されてきたために、ユーザー自らが自由に網点を生成させることは不可能であった。ところが、昨今の製版印刷業界においては、コンピュータページ記述言語の一つであるポストスクリプト言語の開発と、該開発技術をベースとした市販のアプリケーションソフトの普及により、文字と画像を統合したカラー印刷物が比較的容易に作成可能となり、更に、ポストスクリプト言語が普及することにより、ユーザーはハーフトーンスクリーンの開発領域に着手することができるようになってきた。
【０００３】
ポストスクリプト言語をベースとしたスクリーニング法では、ディジタルフィルムレコーダが用いられる。該装置は、アプリケーションソフトで作成された文字、画像またはイラストデータがポストスクリプト言語のページ記述データとして生成され、ＲＩＰ（Raster Image Processor）と呼ばれる装置で走査線上のピクセルに展開して、白黒のビットマップ画像に変換され、1インチあたり2000〜5000ピクセルの高密度のレーザービームで感光材料に出力されるものである。本明細書で用いる「ピクセル」とは、連続階調画像を微小に区分けした最小部分を白黒２値で表した「画像要素」のことをいう。
【０００４】
前記ディジタルフィルムレコーダを用いたスクリーニング法によれば、例えば、振幅変調スクリーニング法は、原稿の調子価に対し均衡的に大きさが変化するピクセルを規則的に配列することに基づいている。該スクリーニング法の特性は、線数、網点角度、網点形状またはトーンバリューの増加に従って大きくなるピクセルの形状の変化の仕方によって決められる。
【０００５】
図１は、ポストスクリプト言語をベースとした一般商業印刷物の網点発生パターンを示している。例えば、1インチ当たり300ピクセルの低解像度の出力装置でスクリーン線数60線／インチを表現する場合、300/60=5ピクセル、即ち、縦横5×5ピクセルの規則的に並んだ幾何学的格子（グリッド）に配列され、5×5＋1＝26階調表現となる。
【０００６】
また、網点形状は数学的関数によって管理される。図２は、縦横5×5ピクセルの１個の網点の中心軸を(0,0)とし、個々のグリッドのアドレスを、-1〜1までの数値で表したものである。これらの座標の値を受けて、数学的関数は-1〜1までの値を返す。この値がピクセルを塗りつぶしていく優先順位となり、図２の各グリッドは、数学的関数１−（Ｘ²＋Ｙ²）により、図３(a)の各ピクセルの数値となり、図３(b)に示すように、最初に中心の1が塗りつぶされ、次に0.75、更に0.5、・・・、-1と、数値の高い順番から塗りつぶされ、中心の1以外の数値は何箇所かに同じ数値が配置されているが、この数値間の順位は機械に内蔵されたコンピュータに依存している。
【０００７】
こうした単純円形網点形状の振幅変調スクリーニングは、画像をディジタル処理にて高速にスクリーニングすることが容易であり、ひとつのピクセルよりも大きな網点を使うため、印刷再現性が高い。周波数変調スクリーニング法に比べて画像が粗くなるが、高解像度の出力システムでは、網点自体が非常に小さいため画像の粗さが気になることはない。しかし、振幅変調法の重大な欠点は、ハーフトーン化された画像内に望ましくないモアレやロゼッタパターンが生じることである。
【０００８】
一方、周波数変調スクリーニング法は、線数、網点角度または網点形状を持たず、ピクセルの形状の変化の仕方ではなく、ハーフトーンドット間の距離が変調されることにより決められる。つまり、全てのハーフトーンドットは全く同じ大きさであるが、表面積当たりの数は、再現される調子価に応じて変動し、その空間的な配置はランダム化されている。
【０００９】
また、周波数変調スクリーニング法は、前述した振幅変調法で発生するモアレやロゼッタパターンの問題を軽減するために提供され、そのいくつかが開示されているが、これらの方法で得られる印刷は、全くピクセルの形が認められないので、連続階調に近い再現を可能にし、精細かつ緻密な高精細印刷物を得ることができる。また、前記振幅変調スクリーニング法で見られた網点コーナーでの結合がないため調子変動が緩やかとなり、また、網点角度がないことから多色印刷が可能となる。
【００１０】
しかし、周波数変調スクリーニング法は、1ピクセル10〜20ミクロンの極小点を用いて分配配置するので、特にハイライト部のドットに関しては、ディジタルフィルムレコーダで出力された写真フィルムから印刷プレートに焼き付ける時の焼き度、版材の解像度または耐刷力の影響により、ハイライト部が消失し、結果的に画像のムラや粒子荒れが生じる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上詳述した従来技術に対する最も簡単な解決法は、連続階調画像のハイライト領域を振幅変調スクリーニングとし、中間部からシャドー領域の画像を周波数変調スクリーニング法で多重露光を施し、混成スクリーニング化することである。
【００１２】
しかし、この方法では、必ずしも同じ位置に多重露光できるとは限らないので、位置精度に問題が生じてくる。また、連続階調画像を少なくとも２度露光することは、その分だけ容量や時間を必要とし、階調修正が困難である。更に、該手法は陽画（ポジ）に限定される。
【００１３】
以上のような振幅及び周波数混成ハーフトーンスクリーン法を用いたいくつかが開示されている（例えば、特公昭62-44744号公報）。しかし、これらの方法は、画像処理システムを利用して、あらかじめ画像のハイライト、中間、シャドー部を解析するか、または何等かの手法で画像領域を区分けする前工程が必要となる。
【００１４】
本発明は、前述した画像領域を分ける中間工程はいっさい必要とせず、全階調画像領域に対して任意の混成ハーフトーンスクリーンを生成する方法を用いて、従来の周波数変調法の欠点である連続階調画像のハイライト部の粒子荒れを改善し、更に、耐刷力を高める効果を奏する方法を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点を解決するために本発明の混成ハーフトーンスクリーン生成法においては、ハイライト部には振幅変調法を用い、精密、かつ、緻密な表現が必要とされる領域である中間部からシャドー部には周波数変調法を用い、その際に、第１変数を与えることによって、周波数変調スクリーン内に振幅変調スクリーンを混在させる位置及び網点径を可変にすることを特徴としている。
【００１６】
更に、第２変数を与えることによって、振幅及び周波数変調スクリーンでのピクセルを塗りつぶす優先順位を、振幅変調スクリーン側に優位性を与えることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、（イ）ハイライト部には振幅変調法を、中間部からシャドー部には周波数変調法を混在させるアルゴリズムを設け、周波数変調スクリーン内に振幅変調スクリーンを混在させる位置及び網点径を可変にする第１変数を設け、（ロ）振幅及び周波数変調スクリーンでのピクセルを塗りつぶす優先順位を振幅変調スクリーン側に優位性を与える第２変数を設けることにより任意の構成のハーフトーンを生成させているが、AdobePhotoshop^TMのようなアプリケーションソフトやポストスクリプトプリンタ定義ファイル（PPD:Postscript Printer Description）を使って自分で設定することもできる。
【００１８】
【実施例】
本発明を、実施例により図面を参照して更に具体的に説明するが、本発明を限定するものではない。
【００１９】
（実施例１）図４(a)は、図３で示した数学的関数を用い、縦横16×16ピクセル・256階調であり、前記ピクセルの中心部である縦横2×2ピクセルは、4階調、印刷網点面積率で約2%の網点を示している。例えば演算レジスタに割り当てられるグリッドのＸＹアドレス値は、図４(b)に示す太線枠内で表示され、X=0.125、Y=0.125までは振幅変調スクリーン法であり、0.125を越えた枠外からは、周波数変調スクリーンで配置するものとする。この場合、図４(c)で塗りつぶされた振幅変調スクリーン以外の各グリッドは、周波数変調スクリーンとして、ランダムに塗りつぶされていくことになる。
【００２０】
図５は、本発明のスクリーン混成状態をフローチャートで示したものである。ポストスクリプト言語をベースとしたディジタルフィルムレコーダーで網点を生成する場合、演算レジスタ内部では、１個のグリッドのＸ、Ｙアドレス値が格納され、網点形状を決定づける数学的関数によって-1〜1までの値が、そのグリッドを塗りつぶす優先順位として与えられ、全グリッドに対して、同様の演算処理が順次なされる。
【００２１】
本発明においては、演算レジスタに格納された１個のグリッドのＸ、Ｙアドレス値に対して、画像のハイライト部分には振幅変調スクリーンを、画像の中間からシャドー部においては周波数変調スクリーンに分岐するための何らかの操作を演算レジスタ内部で処理する必要がある。
【００２２】
図６は、前記演算レジスタの内部構造を示したものである。該構造は、ポストスクリプト言語では、オペランドスタックと呼ばれ、データを一時的に格納しておく固定データ構造をとり、各データは他のデータの上に積み上げられた形で格納されていく。該スタックは、「後入れ先だし法」のデータ構造を持つ。たとえば、３個の要素をスタックに置いた場合、３番目の要素が一番上に置かれることになるので、該３番目の要素が一番最初に取り出されることになる。こうして、ポストスクリプト言語におけるプログラミングの大部分は、該スタックの操作からなり、本実施例に関しても、該スタックを可能な限り効率的に使うことによって、網点を生成する関数を定義している。
【００２３】
以上の原理にしたがって、図６に示すオペランドスタックの内部構造を、図４を例に、図５のフローチャートを用いて説明する。まず、図４(c)において、振幅変調スクリーンから周波数変調スクリーンに切り替わった時のグリッドのアドレス値として、例えば(X、Y)=(0.25,-0.125)を注目する。図５のフローチャートに従い、先ずＸのアドレス値(ここでは0.25)を格納し(a)、続いて、Ｙのアドレス値(-0.125)を格納する(b)が、ここで先ず、上位スタックＹの絶対値をとる(c)。次にオペランドスタックに存在している上位２要素の格納順序を、Ｘの絶対値をとるために交換する(d)。さらに上位スタックＸの絶対値をとる(e)。以上の操作は、後の網点形状を決定づける数学的関数の演算処理用に必要なグリッドのＸ、Ｙアドレス値として、オペランドスタックの下位に格納しておく。一方、以後の処理は、振幅及び周波数変調スクリーンのいずれかに分岐するために必要な値として、オペランドスタックの上から２個の要素を新たにコピーする(f)。ここで、最上位（第一オペランド）とその下（第二オペランド）の和を求め、求めた和の値がスタックに入る(g)。ここで、振幅変調スクリーンの限界地点である、Ｘ、Ｙアドレス値の和（ここでは、0.125+0.125=0.25となり、該値が第１変数となる）をスタックにおき(h)、第一オペランドが第二オペランドより小さいかまたは等しい場合には、論理値trueが格納され、その他の場合にはfalseが格納されるよう論理命令を与える。従って上位スタックには、論理値trueないしはfalseのいずれかが格納されることになる(i)。該スタックの上に、さらに振幅変調スクリーンの網点形状を定義した数学的関数が置かれ(j)、さらに周波数変調スクリーンの網点形状を定義した数学的関数が置かれ(k)、最後に、この段階で分岐命令を行う。上位３つのオペランドをすべてオペランドスタックから取り除き、前述の(i)の論理値がtrueであるならば振幅変調スクリーンを実行し、falseならば周波数変調スクリーンを実行する。本実施例では、第一オペランド0.375が、第二オペランド0.25より大きいのでfalseとなり、周波数変調スクリーンが選択される。
【００２４】
前述した振幅変調スクリーンの限界地点であるＸ、Ｙアドレス値の和、即ち、第１変数を調整することによって、振幅変調スクリーンの網点径を制御することが可能となり、画像のハイライト網点面積率何パーセントまでを振幅変調スクリーンで保持させるか、ということを制御することが可能である。例えば、図４で、グリッドのアドレス値、(X、Y)=(0.25,0.25)の和0.5を第１変数にとると、振幅変調スクリーンの網点径は増大し、ハイライト領域において、前述した例よりも振幅変調スクリーン網点を保持しつづけることになる。
【００２５】
以上のように、演算レジスタに格納された１個のグリッドのＸ、Ｙアドレス値に対して、画像の明るい部分には振幅変調スクリーンを、画像の中間からシャドー部においては周波数変調スクリーンに分岐される。
【００２６】
図７は、振幅変調スクリーンと周波数変調スクリーンの両者のドットの混在状態が変化している様子を示したものである。例えば、(a)第一変数2.0の場合は、振幅変調スクリーンのみとなり、(b)第一変数1.0の場合は、連続階調画像中間部を越えると、振幅変調スクリーンの網点径が一定となる。また、(c)第一変数0.25の場合は、連続階調画像ハイライト部2〜3%付近から網点径が一定となり、周囲に周波数変調スクリーンが発生している様子が分かる。
【００２７】
図８は、振幅変調スクリーンに関して、優先順位がどのように決定されるかを説明した演算レジスタの内部構造を示している。振幅変調スクリーンの数学的関数を前記図６(j)と同様、ピクセルの塗りつぶし優先順位=１−（Ｘ²＋Ｙ²）とする。先ず、オペランドスタックにＸのアドレス値が格納され(a)、続いて、Ｙのアドレス値が格納される(b)。次に、オペランドスタック上の先頭要素を複製(dup)する(c)。更に、最上位（第一オペランド）とその下（第二オペランド）の積(mul)を返す(d)。オペランドスタックに存在している上位２要素の格納順序を交換(exch)する(e)。再びオペランドスタック上の先頭要素を複製(dup)し(f)、最上位（第一オペランド）とその下（第二オペランド）の積(mul)を返す(g)。最上位（第一オペランド）とその下（第二オペランド）の和(add)を返し(h)、スタックに１を置く(i)。最後に、オペランドスタックに存在している上位２要素の格納順序を交換(exch)し(j)、最上位（第一オペランド）とその下（第二オペランド）の引いた(sub)値を返す(k)。こうして-1〜1までの値が算出され、これらの値が各ピクセルを塗りつぶす振幅変調スクリーンでの優先順位となる。
【００２８】
前記(dup)、(mul)、・・・・・等は、ポストスクリプト言語で記述したものであり、振幅変調スクリーンの数学的関数は、｛dup mul exch dup mul add 1 exch sub｝となる。
【００２９】
図１０は、周波数変調スクリーンに関して、優先順位がどのように決定されるかを説明した演算レジスタの内部構造を示している。ここで、優先順位の決定を図９に示したグリッドのアドレス値、即ち、(X、Y)=(-1,1)を注目して説明する。先ずオペランドスタックにＸのアドレス値（ここでは-1）が格納され(a)、続いて、Ｙのアドレス値(1)が格納(b)されるが、ここで、周波数変調スクリーンで優先順位をランダム化させるには、レジスタに蓄えられたＸ、Ｙアドレス値を取り除いて(c〜d)、レジスタを空にし、次にコンピュータ内部の乱数発生器で乱数を発生させる(e)。本実施例においては、0〜2^31-1(0〜2147483647)の乱数を発生させ、発生した乱数の値を最大値の2147483647(f)で割った値を優先順位の一つとしている(g)。このようにして、必要なグリッドの中の全ピクセルに対して優先順位がランダムに記録され、図９の各グリッドのＸＹアドレス値は、図１１に示すような-1〜1までの数値として格納され、各ピクセルは優先順位の高い順から順番に塗りつぶされる。
【００３０】
一般の周波数変調スクリーンでは、各メーカー独自のアルゴリズムを採用しているので、出力機器に制約を受けていたが、本発明では、ポストスクリプトをベースとした出力機器であれば、メーカーを問わず、混成ハーフトーンスクリーンの生成が可能で、高品質な周波数変調スクリーンを得ることが可能となる。また、余分なハード、ソフトの投資を必要とせず、アルゴリズムを決定するだけで簡単に作成することができるので、コスト削減と機器の有効利用に寄与する。
【００３１】
（実施例２）前記実施例１において、振幅変調スクリーン以外の周波数変調スクリーン領域は、乱数発生により優先順位が割り当てられているため、振幅変調スクリーンより優先順位の高い値を返す場合もありうる。例えば、図１２(a)の太枠内は振幅変調スクリーンを示し、枠外は周波数変調スクリーンを示している。周波数変調スクリーン領域の(X、Y)=(-0.375、-0.375)において、乱数発生によっては、振幅変調スクリーン領域内で得られた優先順位（ここでは、0.96875）よりも高い優先順位(0.99875)を発生し、図１２(b)に示すように振幅変調スクリーンより先に塗りつぶされる。その結果、ハイライト部には望ましくないノイズが発生し、網点品質の劣化をまねくことになる。そこで、図１３(a)に示すように、周波数変調スクリーンの優先順位（最高値１）に対して、第２変数（例えば、0.2）を付加し、両者を減算処理し、振幅変調スクリーンの優先順位より低い値(0.79875)を割り当てるようにする。第２変数を付加することにより、画像のハイライト部には、振幅変調スクリーンが形成されるように、確実にグリッドの中心部から優先順位が割り当てられ、周囲で塗りつぶしが発生されないメカニズムを担う。こうして、ハイライト部に望ましくないノイズを発生することなく、図１３(b)に示すように、連続階調画像のハイライト部では振幅変調スクリーン、中間からシャドウ部においては周波数変調スクリーンを発生し、より印刷物品質を向上させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明においては、周波数変調スクリーン特有のハイライト部での粒子荒れを解消する方法として振幅変調スクリーンを採用し、一方、精細かつ緻密な線画表現には周波数変調スクリーンを採用することにより、耐刷力のある高品位印刷物を可能としている。また、この付与方法は、数学的関数として定義され、ファイル化されているため、画像処理等の前処理は一切不要なため迅速な製版処理が可能となる。更に、新たな設備投資も必要でなく、アルゴリズムを決定するだけで簡単に作成することができるので、ポストスクリプト対応の出力機ならば、メーカーを問わず、同等の品質を安定して供給することが可能となるので、コスト削減と機器の有効利用に寄与する。また、変数値の可変によって、自社の印刷条件にあった最適バリューを選択できるので、非常に汎用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】振幅変調スクリーンの網点発生形態例を示した図である。
【図２】網点一個の各グリッドに対してＸＹアドレス値を定義した例を示す。
【図３】振幅変調スクリーンに数学的関数を割り当てた例で、優先順位の高い順に塗りつぶされる様子を示す図である。
【図４】(a) 縦横16×16ピクセル・256階調におけるＸＹグリッドのアドレスを示した図である。
【図４】(b) (a)の中心部の縦横4×4ピクセルにおいて、振幅変調スクリーンのある数学的関数の優先順位を示した図である。
【図４】(c) 縦横16×16ピクセル・256階調における4階調、印刷網点面積率で約2%の網点を示した図である。
【図５】第１及び第２変数を割り当てた場合のスクリーン混在状態をフローチャートで示した図である。
【図６】画像の明るい部分には振幅変調スクリーンを、画像の中間からシャドー部においては、周波数変調スクリーンに分岐する方法について演算レジスタ内部のオペランドスタックの様子を示したものである。
【図７】第１変数を変えた時のスクリーンの混在の様子を示した図である。
【図８】振幅変調スクリーンのアルゴリズムを説明した図であり、あるグリッドのアドレスに対する演算レジスタ内部のオペランドスタックの様子を示したものである。
【図９】網点一個の各グリッドに対してアドレスを定義した例を示す。
【図１０】周波数変調スクリーンのアルゴリズムを説明した図であり、あるグリッドのアドレスに対する演算レジスタ内部のオペランドスタックの様子を示したものである。
【図１１】周波数変調スクリーンの塗りつぶしの例を示した図である。
【図１２】第１変数のみではハイライト部にノイズが発生し、網点品質の劣化が生じることを説明した図である。
【図１３】第２変数を追加することにより、ハイライト部のノイズの発生を除去する様子を示した図である。

Claims

連続階調画像をポストスクリプトハーフトーンスクリーン生成法に基づいて、画像の明るい部分には振幅変調法を用い、中間部からシャドー部には周波数変調法を用いて生成する際に、振幅及び周波数変調スクリーンのいずれかに分岐するための値を第１変数とし、前記第１変数を調整することによって前記周波数変調スクリーン内に振幅変調スクリーンの網点を混在させることを特徴とする混成ハーフトーンスクリーン生成法。
振幅及び周波数変調スクリーンでのピクセルを塗りつぶす優先順位に対して、振幅変調スクリーン側に優位性を与えるための値を第２変数とし、前記第２変数を調整することによって優先順位を割り当てることを特徴とする請求項１記載の混成ハーフトーンスクリーン生成法。