JP4032737B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイ装置、特に表示可能な階調が不連続で、かつそれぞれの階調レベル間が離散的な表示階調特性を有するディスプレイ装置で中間調表示を行うための画像処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディスプレイ装置において表示可能な階調数が少なければ、階調間の境界が地図の等高線のような模様として観測され、これは偽輪郭と呼ばれている。一般に、各色を8ビット(256階調)程度で表示できれば、このような偽輪郭は問題とならないレベルとなる。
【0003】
液晶を駆動するTFTを搭載した液晶表示装置は、印加信号電圧にほぼ比例する透過率曲線を有する液晶材料特性を利用して、電圧をそれぞれの階調レベルに合せて分割することで所定の透過率、すなわち濃度を得て中間調表示を行う。しかし、このような方式で8ビット(256階調)の階調表現を行うためには、分割する電圧範囲が非常に狭くなる。このため、液晶材料特性やTFT特性のばらつきから、それぞれの階調レベル間が重なる場合が生じ、256階調を十分表示できない。
【0004】
また、STN液晶を用いるドットマトリクス駆動方式では、赤(R)、緑(G)および青(B)のそれぞれのドット単位で液晶をオン、オフしてカラー画像を表示するため、各ドット単位では2値の表示しかできない。このため、このようなディスプレイ装置で中間調を有する画像を表示するためには、複数の画素を使用するディザ法や誤差拡散方式等の疑似階調表現方法による中間調表示が行われている。
【0005】
また、プラズマディスプレイパネル(PDP)も、ドットマトリクス型の表示で、2値的に発光する表示装置であるため、一般的にはそれぞれ重み付けされた複数の2値画像を時間的に重ねることで中間調をもつ動画像を表示するサブフィールド法が用いられている。
【0006】
このサブフィールド法は、各サブフィールドが一斉リセット、画素データ書込み、および維持発光の3段階で構成される。一斉リセット段階では、PDPの全放電セルを一斉に放電励起(リセット放電)して、全放電セル内に一様に壁電荷を形成させる。画素データ書込み段階では、各放電セル毎に画素データに応じた選択的な消去放電を励起させる。この消去放電が実施された放電セル内の壁電荷は消滅して非発光セルとなる。一方、消去放電が実行されなかった放電セルは、壁電荷が残留したままとなっているので発光セルとなる。維持発光段階では、この発光セルに対してのみ各サブフィールドの重み付けに対応した時間だけ放電発光状態を継続させる。重み付けされたサブフィールドを所定の階調に応じて重ね合せることで中間調画像を表示できる。
【0007】
このような各放電セル内に形成されている壁電荷を選択的に消去させるために選択消去アドレス法を採用すると、各サブフィールドの先頭部において一斉リセット段階で全放電セルに対してリセット放電をさせることが必要である。この放電は比較的強い放電であるので、画素データとは何の関係もない発光が生じ、画像のコントラストを低下させてしまう。また、駆動形態によっては、例えば輝度レベル31の発光を行う放電セルと、輝度レベル32の発光を行う放電セルとの発光パターンが互いに反転、すなわち一方が発光している間は他方が非発光状態となるような条件が生じて、両放電セルの境界上に偽輪郭が発生するという問題も生じる。
【0008】
このようなディスプレイ装置に対して良好な中間調を表示するために、擬似的に階調数を増加させる誤差拡散処理やディザ処理による手法が知られている。
【0009】
ディスプレイ装置の表示可能な階調数が7ビット(128階調)または6ビット(64階調)程度で、それぞれの階調レベル間隔が小さい場合は誤差拡散処理手段またはディザ処理手段のいずれか一方のみでも十分に中間調を表現できる。しかし、ディスプレイ装置の表示可能な階調数がこれより少なく、それぞれの階調レベル間隔が大きい場合には、誤差拡散処理手段およびディザ処理手段を併用しなければ十分な中間調表示が得られない。
【0010】
ディスプレイ装置の表示可能な階調数が5ビット(32階調)で、階調レベル間隔が小さい場合に、誤差拡散処理手段とディザ処理手段を併用する場合の一般的な手法について、図5から図8を用いて説明する。図5において、1画素当り所定のビット数で表される入力画像データが8ビット(256階調)、ディスプレイ装置704の表示可能な階調が5ビット(32階調)、さらにディザ処理手段のディザマトリクスのnとmの値が2、2の場合を例として説明する。
【0011】
8ビットの入力画像データが誤差拡散処理手段である誤差拡散回路502に入力されると、誤差拡散回路502は図6および図7に示すような回路処理を行い、上位7ビットを次のディザ処理手段であるディザ回路503に出力する。すなわち、図6で示される注目画素P0については、その1ライン前の画素であるP1からP3までの表示誤差と、注目画素P0の直前画素であるP4の表示誤差とに、それぞれ図に示すような所定の重み付け処理を行い、入力画像データに加算器で加算する。この加算した結果のうち、上位7ビットをディザ回路503に出力する。これ以下の表示誤差については、この誤差の7/16を注目画素P0の次の画素であるP5に、3/16を注目画素P0の次のラインで、注目画素P0の左下の画素であるP6に、5/16を同ラインで、注目画素P0の直下の画素であるP7に、また、3/16を同ラインで、注目画素P0の左下の画素であるP8にそれぞれ加算する。このような加算を個々の画素に対して行うことで、上位7ビットで擬似的に中間調画像データを作成する。なお、図7において、Tは1画素遅延、Hは1ライン遅延を示す。
【0012】
次にディザ回路503でのデータ処理について、図8を用いて説明する。図8(a)は、誤差拡散回路502で処理した後の画像データの一例であり、7ビットで擬似的な階調が表現されている。したがって、8ビットのうちLSB(Least Significant Bit) が0となっている。
【0013】
図8(b)は、図8(a)で示された値を1/2して、上位7ビットだけを切り出したものである。これに、図8(c)に示すような2×2のディザマトリクスのディザ係数を対応する位置の各画素に加算する。ここでは、ディザマトリクスのディザ係数は、図示するようにd1=0、d2=1、d3=2およびd4=3としている。
【0014】
加算結果を図8(d)に示すが、このデータは7ビットであるので下位2ビットを切り捨てて、最終的には上位5ビットのみを取出す。下位の2ビットを切り捨てたときの値を図8(e)に示す。さらに、5ビットのみを取出すと、図8(f)のような値が得られる。例えば、図8(d)で画像データが53である場合、0110101であるので、下位の2ビットを切り捨てると0110100となり、画像データは52となる。さらに、この画像データ52の上位5ビットのみを取出すと01101となるので、画像データは13となる。すなわち、図8(e)の画像データを1/4した値となる。
【0015】
なお、ディザ処理の原理は次のとおりである。
【0016】
もとの7ビットのうち、下位の2ビットが0であった場合は、どのディザ係数を加算されても上位5ビットは増加しない。例えば、画像データが108のときには1101100であり、ディザ係数3は0000011であるので、これらを加算しても上位5ビットは増加しない。ディザ係数2および1の場合も同様である。
【0017】
もとの7ビットのうち、下位の2ビットが1であった場合は、ディザ係数が3である場合にのみ上位5ビットは1繰り上がる。例えば、画像データが77であるときには、1001101であり、ディザ係数3は0000011であるので、これらを加算すると上位5ビットは1繰り上がる。ディザ係数が3である確率は1/4であるので、下位2ビットが1である場合に上位5ビットが1繰り上がる確率は1/4である。
【0018】
もとの7ビットのうち、下位2ビットが2であった場合は、ディザ係数が3と2のときに上位5ビットは1繰り上がる。ディザ係数が3または2である確率はそれぞれ1/4であるので、下位2ビットが2である場合に上位5ビットが1繰り上がる確率は2/4である。
【0019】
もとの7ビットのうち、下位2ビットが3であった場合は、ディザ係数が3、2および1であるときに上位5ビットは1繰り上がる。ディザ係数が3、2または1である確率はそれぞれ1/4であるので、下位2ビットが3である場合に上位5ビットが1繰り上がる確率は3/4である。
【0020】
例えば、もとの7ビットが21である場合には0010101であるので、その上位5ビットを取出すと5、下位の2ビットを取出すと1である。したがって、下位の2ビットが1である場合には、ディザ処理後には4画素に1画素の確率で上位5ビットが1繰り上がり、6となり(7ビットでは24)、4画素に3画素の確率で上位5ビットが5のままである(7ビットでは20)。したがって、ディザ処理後の画像の平均的な階調は6x1+5x3=21となり、擬似的に5ビットで元の7ビットが表現できる。以上のようにして最終的に5ビットで擬似的に入力画像データを表現する。
【0021】
この例では、n×m=2×2のディザマトリクスで、4つのディザ係数を有するので2ビット(4階調)分を擬似的に表現している。さらに、n×m=4×4のディザマトリクスを使用した場合は、16のディザ係数を有するので4ビット(16階調)分を擬似的に表現することが可能である。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
上記に説明したような従来の階調補正方法では、表示可能な階調の跳びが均等なディスプレイ装置の場合にのみ良好な中間調画像を表示できる。一方、表示可能な階調レベルのそれぞれの階調レベル間が離散的な特性を有するディスプレイ装置の場合には、このような画像処理方法では良好な画像を表示できない。これは、画像処理の最終段階でディザ処理を行うため、使用するディザマトリクスの大きさで階調の跳びが決定されてしまうからである。
【0023】
例えば、上述した方法に対して、ディスプレイ装置504の表示可能な階調が0、1、3、7、13、23、37、56、82、115、155、202、255の13階調のような、不連続で、かつ離散的な階調レベルであるような場合には、使用するディザマトリクスが上述と同様であれば階調レベルの値が13以上ではディザ処理を行っても階調表現ができない。
【0024】
これに対して、特開平8−286634号公報では、複数個の画素単位が二次元状のマトリクス形式に配置されているディスプレイ装置において、画素単位に構成された中間調画像データを入力し、この入力された中間調画像データに、入力された中間調画像データに応じたディザパターンを挿入した後、誤差拡散法による誤差拡散処理を行うようにした中間調表示方法が示されている。この中間調表示方法では、誤差拡散処理器における誤差拡散のしきい値を入力データとタイミングジェネレータからの信号によって、それぞれ階調ごと、ドットごと、およびラインごとに変化できるような構成にしている。すなわち、誤差拡散処理を行う前の中間調画像データの入力データに、入力データがもつ任意の階調レベルに応じて、常に最適なディザパターンを選択するようにし、その結果、常に固定されたディザパターンを挿入する従来の中間調表示方法に比べてフリッカや固定模様等の発生を抑制している。
【0025】
しかしながら、この例では、ディザ処理は階調性向上のために使用していなくて、誤差拡散のしきい値を千鳥状に散らしてフリッカを防止するために使用している。このために、ディスプレイ装置の表示可能な階調数が小さく、不連続で、かつ離散的な場合には十分な中間調表示が行えないという課題がある。
【0026】
本発明は、ディスプレイ装置の表示可能な階調のそれぞれの階調レベル間をディザマトリクスの個数であるn×m等分した階調制限テーブルを作成し、この階調制限テーブルの所定の値をしきい値として誤差拡散処理を行い、この後ディザ処理を行うことで、上述のようなディスプレイ装置においても良好な中間調を表示できるようにすることを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の画像処理装置は、表示可能な階調が不連続で、かつそれぞれの階調レベル間が離散的な階調表示特性を有するディスプレイ装置に対して、ディザ処理手段に用いるn×m(n、mは2以上の整数)からなるディザマトリクスの個数で上述のそれぞれの階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブルを有し、1画素当り所定のビット数で表される入力画像データに対してこの階調制限テーブルから得られる所定の値をしきい値として誤差拡散処理を行い、第1の画像データとして出力する誤差拡散処理手段と、この誤差拡散処理手段から出力された第1の画像データに対応して所定のディザ係数を出力するディザ係数出力手段と、誤差拡散処理手段から出力された第1の画像データと、上記のディザ係数出力手段から出力されたディザ係数とを用いてディザ処理を行うとともにディスプレイ装置で表示可能な階調レベルに変換した第2の画像データを出力するディザ処理手段とを有する構成である。
【0028】
このような構成とすることにより、表示可能な階調が不連続であり、かつそれぞれの階調レベル間が離散的な階調表示特性を有するディスプレイ装置に対しても、擬似的に連続的な階調表現が可能となり良好な中間調表示特性を有するディスプレイ装置が実現できる。例えば、TFT駆動する液晶表示装置、STN液晶材料を用いてドットマトリクス方式で駆動する液晶表示装置、あるいはサブフィールド法を用いることで画像のコントラストが低下したり、偽輪郭が発生するようなPDP装置等に対して、良好な中間調を表示できるようになる。
【0029】
また、本発明の画像処理装置は、それぞれの階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブルにおいて、上記のそれぞれの階調レベル間の小さい方の値に一致する階調制限テーブルの値を1番目としたとき、i番目(iはn×m以下の整数)の階調制限テーブルの値が上記のそれぞれの階調レベル間の大きい方の値に繰り上がる確率を(i−1)/(n×m)となるようにディザマトリクスのディザ係数が設定された構成を有する。
【0030】
ディスプレイ装置の表示可能な階調が0、1、3、7、13、23、37、56、82、115、155、202、255の13階調で、ディザマトリクスが2×2である場合に、それぞれの階調レベル間が155と202間について例示すると、以下のようである。それぞれの階調レベル間をほぼ4等分することになるので、1番目の値はそれぞれの階調レベル間の小さい方の値と一致する155であり、2番目の値は166、3番目の値は178、4番目の値は190であり、5番目の値はそれぞれの階調レベル間の大きい方の値である202となる。
【0031】
1番目の値155に対応して繰り上がる確率が(i−1)/(n×m)=(1−1)/(2×2)=0となるようにディザ係数を設定する。2番目の値166に対応して繰り上がる確率は1/4となるようにディザ係数を設定する。3番目の値178に対しては、2/4となるように、またさらに4番目の値190に対しては3/4となるようにディザ係数をそれぞれ設定する。
【0032】
このような構成とすることにより、誤差拡散処理手段により出力された第1の画像データのディザ処理がディザの原理に基づいて行われることになる。したがって、誤差拡散処理とディザ処理とを合せた中間調表示が可能となり、誤差拡散処理のみに比べて、さらに良好な画像表示を実現できる。
【0033】
また、本発明の画像処理装置は、ディザマトリクス内のディザ係数が、0のみ、または0およびk(kは整数)の2値からなる構成である。このような構成とすることにより、階調制限テーブルの値に対応するディザマトリクスのディザ係数が、0のみ、または0とkの2値のみとしながらディザ処理の原理に基づいてディザ処理を行うことができる。したがって、ディザ係数出力手段のメモリ容量やディザ回路の回路規模を小さくでき、低コストで、かつ中間調表示の良好な画像処理装置を実現できる。
【0034】
また、本発明の画像処理装置は、それぞれの階調レベル間をほぼ等分する上述の階調制限テーブルにおいて、それぞれの階調レベル間の小さい方の値に一致する階調制限テーブルの値を1番目としたとき、i番目(iはn×m以下の整数)の階調制限テーブルの値に対するディザマトリクスのディザ係数が0である個数を(n×m+1−i)個とする構成を有する。
【0035】
ディスプレイ装置の表示可能な階調が上記したような13階調で、ディザマトリクスが2×2である場合に、それぞれの階調レベル間が155と202間について例示すると、以下のようである。それぞれの階調レベル間をほぼ4等分することになるので、1番目の値はそれぞれの階調レベル間の小さい方の値と一致する155であり、2番目の値は166、3番目の値は178、4番目の値は190であり、5番目の値はそれぞれの階調レベル間の大きい方の値である202となる。この1番目の値に対応するディザ係数が0である個数は4、2番目の値である166に対応するディザ係数が0である個数は3、3番目の値である178に対応する個数は2、そして4番目である190に対応する個数を1とするものである。
【0036】
このような構成とすることにより、良好な画像表示特性を有しながら、ディザ係数出力手段のメモリ容量やディザ回路の回路規模をさらに大幅に小さくできる。
【0037】
また、本発明の画像処理装置は、それぞれの階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブルにおいて、それぞれの階調レベル間の小さい方の値に一致する階調制限テーブルの値を1番目としたとき、1番目の階調制限テーブルの値に対するディザマトリクスのディザ係数はすべて0とし、u番目(uは2以上、n×m以下の整数)の階調制限テーブルの値に対するディザマトリクスのディザ係数のうちkの値はそれぞれの階調レベル間の大きい方の値とu番目の値との差とする構成を有している。
【0038】
ディスプレイ装置の表示可能な階調が上記したような13階調で、ディザマトリクスが2×2である場合に、それぞれの階調レベル間が155と202間について例示すると、以下のようである。それぞれの階調レベル間をほぼ4等分することになるので、1番目の値はそれぞれの階調レベル間の小さい方の値と一致する155であり、2番目の値は166、3番目の値は178、4番目の値は190であり、5番目の値はそれぞれの階調レベル間の大きい方の値である202となる。この1番目の値に対応するディザ係数の値はすべて0である。2番目の値である166に対応するディザ係数の値であるkは、202−166=36、3番目の値である178に対応するディザ係数の値であるkは、202−178=24、そして4番目である190に対応するディザ係数の値であるkは、202−190=12とするものである。
【0039】
このような構成とすることにより、ディザ係数を0のみ、または0とkのみからなる2値としながら、ディザの原理に基づくディザ処理を行えるので、メモリ容量の低減とディザ処理手段であるディザ回路の簡略化による画像処理装置の小型化を実現できる。
【0040】
また、本発明の画像処理装置は、それぞれの階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブルにおいて、それぞれの階調レベル間の小さい方の値に一致する階調制限テーブルの値を1番目としたとき、i番目(iはn×m以下の整数)の階調制限テーブルの値に対するディザマトリクスのディザ係数のうち、(i―1)個のディザ係数の値が、それぞれの階調レベル間の大きい方の値とi番目の階調制限テーブルの値との差以上で、かつそれぞれの階調レベル間の大きい方の値と2番目の階調制限テーブルの値との差以下であり、それ以外のディザ係数の値はそれぞれの階調レベル間の大きい方の値とi番目の階調制限テーブルの値との差より小さな値とした構成を有する。
【0041】
ディスプレイ装置の表示可能な階調が上記したような13階調で、ディザマトリクスが2×2である場合に、それぞれの階調レベル間が155と202間について例示すると、以下のようである。それぞれの階調レベル間をほぼ4等分することになるので、1番目の値はそれぞれの階調レベル間の小さい方の値と一致する155であり、2番目の値は166、3番目の値は178、4番目の値は190であり、5番目の値はそれぞれの階調レベル間の大きい方の値である202となる。この1番目の値に対応するディザマトリクスのディザ係数の値が202−155=47となる個数はi−1=0個である。したがって、1番目の値に対応するディザマトリクスのディザ係数は47より小さな数値のみである。2番目の値である166に対応するディザマトリクスのディザ係数の値が202と166の差である36となる個数は、i−1=1個である。すなわち、4つのディザ係数のうち1個のみが36の値を有し、他のディザ係数の値は36より小さな値からなる。3番目の値である178に対応するディザマトリクスのディザ係数の値が202と178の差である24から36の範囲である個数はi−1=2個であり、その他のディザ係数の値は36より小さな値からなる。また、4番目である190に対応するディザ係数の値が202と190の差である12から36の範囲である個数はi−1=3個であり、残りの1個は36より小さな値からなる。
【0042】
このような構成とすることにより、表示可能な階調が不連続であり、かつそれぞれの階調レベル間が離散的な階調表示特性を有するディスプレイ装置に対しても、ディザ処理のためのディザマトリクスのディザ係数をそれぞれの階調制限テーブルの値に対応した一定の範囲の値とすることで、ディザ係数出力手段とディザ回路を簡略化できる。このために、低コストで、かつ擬似的に連続的な階調表現が可能となり良好な中間調表示特性を有するディスプレイ装置が実現できる。
【0043】
また、本発明の画像処理装置は、それぞれの階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブルにおいて、それぞれの階調レベル間の小さい方の値に一致する階調制限テーブルの値を1番目としたとき、1番目からi番目(iはn×m以下の整数)までの階調制限テーブルの値に対するディザマトリクスのディザ係数をすべて同一の値とする構成を有する。
【0044】
上述の例に基づくと、それぞれの階調レベル間が155と202間の4つの階調制限テーブルの値に対応するディザマトリクスのディザ係数を0、12、24、36からなるディザマトリクスとしたものである。
【0045】
このような構成とすることにより、ディザ係数出力手段とディザ回路の回路規模を小さくしても擬似的に連続的な階調表現が可能となり、良好な中間調表示特性を有するディスプレイ装置が実現できる。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【0047】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態の画像処理方法について、図1から図3を用いて説明する。第1の実施の形態の画像処理方法の階調補正を行う機能構成を図1に示す。図1において、1画素当り所定のビット数で表される入力画像データ(画像データA)が8ビット(256階調)で、ディザ係数出力手段104のディザマトリクスのnとmの値がそれぞれ2、2で、さらに、ディスプレイ装置103の表示可能な階調が、0、1、3、7、13、23、37、56、82、115、155、202、255の13階調であり、不連続で、かつ離散的である場合を例として説明する。
【0048】
8ビットの画像データAは、誤差拡散処理手段である誤差拡散回路101で誤差拡散処理されて第1の画像データ(画像データB)に変換され、さらにこの画像データBはディザ処理手段であるディザ回路102でディザ処理されるとともに、ディスプレイ装置103で表示可能な第2の画像データ(画像データC)に変換されて、最終的にこの画像データCに基づきディスプレイ装置103で画像が表示される。
【0049】
本実施の形態では、n×m=2×2のディザマトリクスを使用しているので、誤差拡散回路101では上記の13階調レベル間をさらにそれぞれほぼ4等分して拡張した階調制限テーブルをもち、この階調制限テーブルのデータに基づき画像データAに誤差拡散処理を行い、擬似的に表現するように階調補正を行う。以下、この階調補正方法について説明する。
【0050】
図2は、誤差拡散回路101の回路ブロック構成を示す。階調制限テーブル201は、ディスプレイ装置103で表示可能な階調が13階調で、ディザマトリクスが2×2であるので、これらの表示可能な階調のそれぞれの階調レベル間をほぼ4等分したものである。すなわち、0と1の間、1と3の間を除き、それぞれの階調レベル間をほぼ4等分している。具体的には、例えば3と7との間は3、4、5、6、7としており、13と23との間では13、15、18、20、23としており、また、202と255との間では202、215、228、241、255としている。このようにディザマトリクスのディザ係数の個数(本第1の実施の形態では4)に合せて表示可能な階調をほぼ等分して、以下のような階調制限テーブルが得られる。すなわち、0、1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、13、15、18、20、23、26、30、33、37、41、46、51、56、62、69、75、82、90、98、106、115、125、135、145、155、166、178、190、202、215、228、241、255の44階調からなる階調制限テーブルが得られる。
【0051】
図6および図7で説明した従来の方法と同様に、8ビット(256階調)の画像データAと、これに周囲の画素(P1からP4)からの表示誤差に適当な重み付けを施したデータを加算する。加算したデータを次段の階調制限テーブル201の数値と比較し、加算したデータに最も近い数値を画像データBとし、この数値と加算したデータとの差を表示誤差として誤差拡散回路101により周囲の画素(P5からP8)に拡散する。
【0052】
このような階調制限テーブル201は、加算したデータを入力して画像データBと、加算データと階調制限テーブルの値との差を表示誤差として出力するROM構成でもよい。また、加算したデータを入力して画像データBを出力するROMと、加算したデータから画像データBを減算する減算回路とからなる構成でもよい。
【0053】
次に、誤差拡散回路101から出力された画像データBに対して、ディザ回路102でディザ処理をする方法について説明する。図1に示すように、本第1の実施の形態では、ディザ係数出力手段104に誤差拡散回路101から出力された画像データBが入力され、この画像データBに対応してディザ係数を決定し、このディザ係数がディザ回路102に出力される。これを、(表1)を用いて説明する。
【0054】
【表1】
【0055】
ディザ係数出力手段104は、階調制限テーブル201のそれぞれの階調レベルに対応したディザ係数(d1からd4)を有しており、誤差拡散回路101から出力された画像データBに対応するディザ係数をディザ回路102に出力する。例えば、誤差拡散回路101から出力された画像データBが135で、ディザマトリクスのd4に対応する位置である場合には、ディザ係数はd4で表示された数値20を、画像データBの135に対応するディザ係数としてディザ回路102に出力する。
【0056】
なお、(表1)では、図8に示したと同様に2×2ディザマトリクスの左上のディザ係数をd1、右下をd2、左下をd3、右上をd4としている。本実施の形態では、各ディザマトリクスのディザ係数は0のみ、または0とkの2値からなり、それぞれの階調レベル間においてディザ処理の原理に基づくような値に設定されている。また、(表1)の網掛けとなっている階調は、すでにその上の欄において誤差拡散回路101からの出力に対するディザ係数が決定されているので使用しない。
【0057】
誤差拡散回路101から出力された画像データBと、この画像データBに対応するディザ係数とがディザ回路102でディザ処理され、さらにこの処理されたデータをもとにディスプレイ装置103で表示可能な画像データCとして出力する。
【0058】
図3を用いて、この処理の例を説明する。誤差拡散回路101から出力された各画素毎の画像データBが、図3(a)のようになっていると仮定する。このとき、それぞれの画像データBに対応するディザ係数は(表1)により決定され、図3(b)のように表される。例えば、図3(a)において、一番上段で、左から3番目の画素に注目すると、画像データBが202である。この画素の位置はディザマトリクスではd1であるので、画像データBが202で、かつ、d1に相当するディザ係数を(表1)から調べると0であるので、この値が図3(b)に出力される。
【0059】
これら2つの値を加算した結果が、図3(c)に示してある。しかし、このデータでは、ディスプレイ装置103の表示可能な階調レベルに入っていないものがあるので、これをディスプレイ装置103において表示可能な階調レベルをしきい値として切り捨てる。この結果を図3(d)に示す。例えば、一番左上の画素は、誤差拡散回路101での処理後の画像データBが135であり、この数値で、ディザマトリクスのd1の位置に対応するディザ係数は0である。これらを加算すると、加算結果は135+0=135である。しかしながら、加算処理後のデータ値である135は、ディスプレイ装置103において表示可能な階調レベルには入っていない。このために、このデータ値に最も近似した値である115へと切り下げる。また、一番右上の画素は誤差拡散回路101による処理後の画像データBが125であり、この値で、ディザマトリクスのd4に対応するディザ係数は30である。したがって、画像データBの125とディザ係数の値30とを加算すれば、加算結果は125+30=155となる。このように処理した後のデータ値である155は、ディスプレイ装置103において表示可能な階調レベルに入っているので、このまま出力する。
【0060】
(表1)に示すように、ディザ係数が誤差拡散回路101から出力された第1の画像データである画像データBに対応して決定されることにより、誤差拡散後の階調からディスプレイ装置103において表示可能な階調への階調数の減少が階調性を悪化させることなく行われる。
【0061】
例えば、ディスプレイ装置103において表示可能な階調レベルである13と23との間で説明する。階調レベル13と23との間をほぼ4等分した13、15、18、20のうち、13が23に繰り上がる確率は、ディザ係数がすべて0であるので0である。15が23に繰り上がる確率は、ディザ係数のうちd1からd3は0で、d4のみが8であるので1/4となる。18が23に繰り上がる確率は、d1とd2とが0で、d3とd4とが5であるので、2/4となる。さらに、20が23に繰り上がる確率は、d1のみが0で、d2からd4が3であるので3/4となる。以上のように、本来のディザ処理の原理どおりに階調補正がなされており、これらは他の階調レベル間でも同様である。このような補正方法により、表示可能な階調が不連続で、かつ階調間が離散的な特性を有するディスプレイ装置においても、誤差拡散処理とディザ処理を併用して良好な中間調画像を表示することができる。
【0062】
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、誤差拡散後の階調数と同数のディザマトリクスを用意して、誤差拡散後の画像データBに対応してディザ係数をそれぞれ選択するようにした。本第2の実施の形態では、ディザ係数出力手段を簡略化して、回路規模を小さくしても良好な中間調表示を可能とする構成について、以下に説明する。
【0063】
本第2の実施の形態は、ディザ係数出力手段の値が第1の実施の形態のディザ係数出力手段の値とは異なる以外は、第1の実施の形態で用いた回路構成およびデータ処理方法は同様である。誤差拡散回路により出力される画像データBまでは、第1の実施の形態と同様であるので説明は省略する。本第2の実施の形態では、表示可能な階調のそれぞれの階調レベル間をほぼ4等分して得られた階調制限テーブルのそれぞれの値に対応するディザマトリクスのディザ係数は、すべて等しい値としている。これを(表2)に示す。
【0064】
【表2】
【0065】
例えば、それぞれの階調レベル間の値が37と56との間では、階調制限テーブルの値は37、41、46、51にほぼ4等分されているが、これらのディザマトリクスのディザ係数はd1=0、d2=5、d3=10、d4=15とすべて同一の値としてある。
【0066】
誤差拡散回路101から出力された画像データBに対応して、所定のディザ係数をディザ回路102に出力し、ディザ係数と画像データBとを用いてディザ処理を行い、処理した結果に対してディスプレイ装置103で表示可能な階調レベルをしきい値として切り捨てて、ディスプレイ装置103に画像データCとして出力する。
【0067】
図4に、この処理の例を示す。誤差拡散回路101から出力された画像データBが、図4(a)のようになっていたとする。このとき、それぞれの画像データBに対応するディザ係数は、図4(b)のようになる。このディザ係数は、(表2)から第1の実施の形態と同様にして求められる。これらを加算した結果を、図4(c)に示す。このデータではディスプレイ装置103で表示できない値があるため、これをディスプレイ装置103において表示可能な階調レベルをしきい値として切り捨てる。この処理結果を図4(d)に示す。
【0068】
例えば、上段、一番左の画素は画像データBが135であり、この位置の画素にはディザマトリクスのd1が加算される。画像データBが135の場合、これに対応するd1の値は(表2)を参照すると0である。したがって、これらの加算結果は135+0=135となる。135の値は、ディスプレイ装置103では表示できない階調レベルであるので、表示可能な階調レベル115へと切り下げられて、画像データCとして出力される。また、上段から2段目、一番左の画素は、画像データBが75であり、この位置の画素にはディザマトリクスのd3が加算される。画像データBが75に対するd3の値は13であるので、加算結果は75+13=88となる。88の値もディスプレイ装置103では表示可能ではないので、表示可能な階調レベル82へと切り下げて、同様に画像データCとして出力される。
【0069】
(表2)に示すようにディザ係数を設定することで、誤差拡散後の画像データBからディスプレイ装置103において表示可能な階調への階調数の減少が階調性を損なうことなく行える。例えば、ディスプレイ装置103において表示可能な13と23との間を4等分した誤差制限テーブルの値13、15、18、20に対するディザ係数はすべて同一で、d1=0、d2=3、d3=5、d4=8としている。したがって、誤差制限テーブルの値13に対しては、d1からd4のいずれのディザ係数が加算されても23には繰り上がらない。同様に、誤差制限テーブルの値15に対しては、ディザ係数のd4=8が加算されたときにのみ23に繰り上がるが、その繰り上がる確率は1/4である。誤差制限テーブルの値18に対しては、ディザ係数のd3=5またはd4=8が加算されたときに23に繰り上がるので、その繰り上がる確率は2/4となる。誤差制限テーブルの値20に対しては、同様にディザ係数のd2=3、d3=5またはd4=8が加算されたときにのみ23に繰り上がるので、その繰り上がる確率は3/4である。この例と同様に、それぞれのディザマトリクスのディザ係数は上述した条件が成立するように設定されている。このようなディザ係数を有するディザマトリクスとすることで、本第2の実施の形態でも、ディザ処理の原理どおりに階調補正がなされる。
【0070】
以上の処理方法により、表示可能な階調が不連続で、かつ階調レベル間が離散的な特性を有するディスプレイ装置においても誤差拡散処理とディザ処理を併用して良好な中間調画像の表示を可能とすることができる。また、誤差拡散後に出力された画像データに基づくディザ係数の設定処理が簡略化されるので、回路規模を小さく、かつメモリ容量も低減できる。この結果、低コストで擬似的に中間調表現可能な画像処理装置を実現できる。
【0071】
【発明の効果】
本発明は、表示可能な階調が不連続で、かつそれぞれの階調レベル間が離散的な階調表示特性を有するディスプレイ装置に対して、誤差拡散手段とディザ処理手段とを併用した擬似的な手段により良好な中間調表示を行うための画像処理装置に関わるものであり、ディザ処理手段に用いるn×m(n、mは2以上の整数)からなるディザマトリクスの個数で上述のそれぞれの階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブルを有し、1画素当り所定のビット数で表される入力画像データに対してこの階調制限テーブルから得られる所定の値をしきい値として誤差拡散処理を行い、第1の画像データとして出力する誤差拡散処理手段を有する。
【0072】
さらに、この誤差拡散処理手段から出力された第1の画像データに対応して所定のディザ係数を出力するディザ係数出力手段と、誤差拡散処理手段から出力された第1の画像データと、上記のディザ係数出力手段から出力されたディザ係数とを用いてディザ処理を行うとともに、ディスプレイ装置で表示可能な階調レベルに変換した第2の画像データを出力するディザ処理手段とを有する。
【0073】
このような構成とすることにより、表示可能な階調が不連続であり、かつそれぞれの階調レベル間が離散的な階調表示特性を有するディスプレイ装置に対しても、擬似的に連続的な階調表現が可能となり良好な中間調表示特性を有するディスプレイ装置が実現できる。
【0074】
また、ディザマトリクスのディザ係数を、0のみ、または0とkの2値とすることができるので、ディザ係数の設定が非常に容易である。さらに、これらのディザマトリクスのディザ係数を、それぞれの階調レベル間ではすべて同じとすることもできる。このようにすれば、階調制限テーブルの値と同数のディザマトリクスを準備する必要がなくなり、メモリ容量や回路規模を小さくすることが可能で、低コストでありながら高品質の画像表示が可能な画像処理装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の機能構成図
【図2】誤差拡散処理手段の回路ブロック図
【図3】同実施の形態における画像データの処理を説明するための図
【図4】本発明の第2の実施の形態における画像データの処理を説明するための図
【図5】従来の画像処理装置の機能構成図
【図6】誤差拡散処理の原理を説明するための図
【図7】従来の画像処理装置における誤差拡散処理手段の回路ブロック図
【図8】従来の画像処理装置における画像データの処理を説明するための図
【符号の説明】
101,502 誤差拡散回路
102,503 ディザ回路
103,504 ディスプレイ装置
104 ディザ係数出力手段
201 階調制限テーブル
Claims (7)
- 表示可能な階調レベルが不連続で、かつそれぞれの表示可能な階調レベル間が離散的な階調表示特性を有するディスプレイ装置に対して、
ディザ処理手段に用いるn×m(n、mは2以上の整数)からなるディザマトリクスの要素の個数で前記それぞれの表示可能な階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブル値を有する階調制限テーブルを有し、
1画素当り所定のビット数で表される入力画像データに対して、前記入力画像データの注目画素に周囲の画素からの表示誤差を適当な重み付けを施して加算したデータに最も近い前記階調制限テーブル値をしきい値として誤差拡散処理を行い、
第1の画像データとして出力する誤差拡散処理手段と、
前記誤差拡散処理手段から出力された前記第1の画像データに対応して所定のディザ係数を出力するディザ係数出力手段と、
前記誤差拡散処理手段から出力された前記第1の画像データと前記ディザ係数出力手段から出力された前記ディザ係数とを用いてディザ処理を行うとともに、前記ディスプレイ装置で表示可能な階調レベルに変換した第2の画像データを出力するディザ処理手段とを有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記それぞれの表示可能な階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブル値を有する階調制限テーブルにおいて、前記それぞれの表示可能な階調レベル間の小さい方の値に一致する前記階調制限テーブル値を1番目としたとき、i番目(iはn×m以下の整数)の前記階調制限テーブル値が前記それぞれの表示可能な階調レベル間の大きい方の値に繰り上がる確率を(i−1)/(n×m)となるようにディザマトリクスのディザ係数が設定されることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記ディザマトリクスのディザ係数が0のみ、または0および
k(kは整数)の2値からなることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記それぞれの表示可能な階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブル値を有する階調制限テーブルにおいて、前記それぞれの表示可能な階調レベル間の小さい方の値に一致する前記階調制限テーブル値を1番目としたとき、i番目(iはn×m以下の整数)の前記階調制限テーブル値に対するディザマトリクスのディザ係数が0のみ、または0およびk(kは整数)の2値からなる場合に、前記ディザ係数が0となる個数を(n×m+1−i)個とすることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記それぞれの表示可能な階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブル値を有する階調制限テーブルにおいて、前記それぞれの表示可能な階調レベル間の小さい方の値に一致する前記階調制限テーブル値を1番目としたとき、1番目の前記階調制限テーブル値に対するディザマトリクスのディザ係数はすべて0とし、u番目(uは2以上、n×m以下の整数)の前記階調制限テーブル値に対する前記ディザマトリクスのディザ係数のうちkの値は前記それぞれの表示可能な階調レベル間の大きい方の値と前記u番目の階調制限テーブル値との差とすることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記それぞれの表示可能な階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブル値を有する階調制限テーブルにおいて、前記それぞれの表示可能な階調レベル間の小さい方の値に一致する階調制限テーブル値を1番目としたとき、i番目(iはn×m以下の整数)の前記階調制限テーブル値に対するディザマトリクスのディザ係数のうち、(i―1)個のディザ係数が、前記それぞれの表示可能な階調レベル間の大きい方の値とi番目の階調制限テーブル値との差以上で、かつ前記それぞれの表示可能な階調レベル間の大きい方の値と2番目の前記階調制限テーブル値との差以下であり、それ以外の前記階調制限テーブル値に対するディザ係数は前記それぞれの表示可能な階調レベル間の大きい方の値とi番目の前記階調制限テーブル値との差より小さな値としたことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記それぞれの表示可能な階調レベル間をほぼ等分する階調制限テーブル値を有する階調制限テーブルにおいて、前記それぞれの表示可能な階調レベル間の小さい方の値に一致する階調制限テーブル値を1番目としたとき、1番目からi番目(iはn×m以下の整数)までの前記階調制限テーブル値に対する前記ディザマトリクスのディザ係数をすべて同一の値とすることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
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