JP4427557B2 - 画像形成装置及びガンマ補正プログラム - Google Patents
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このような画像形成装置においては、画像信号と実際に印刷されるトナー濃度とを一致させるために、いわゆるガンマ特性(濃度階調特性)の補正が行われている。
このようなガンマ特性は、線形、即ち階調が高くなるにつれて、トナー濃度が高くなるのが理想的であるが、実際には、個々の装置毎にバラツキがあることから、装置完成後の初期設定の段階において、装置毎にガンマ特性が線形に補正され、初期設定されている。
従って、従来の画像形成装置においては、例えば定期的に、あるいはガンマ特性の線形からのずれがしきい値を超えたとき、初期設定されたガンマ特性を補正して、実際のトナー濃度を適正値となるように、いわゆるガンマ補正が行われるようになっている(特許文献1参照)。
ここで、パッチ画像には少なからずノイズが含まれるため、計測を何度か繰り返し行ったり、サンプルとなるパッチ画像の数を増やしたりしたうえで、計測データの平均値を求めることで、ノイズの影響を軽減することが必要となる。
ところが、計測を繰り返し行ったり、パッチ画像の数を増やしたりすると、パッチ画像の生成や測定に余計に時間がかかり、処理速度の低下につながる。
このため、実際には、任意の数点(例えば8点)の階調をサンプル点とするパッチ画像の濃度を測定し、これらのサンプル点に対する増点等の補間処理を複数回行い、すべての階調に展開することによって、全体のガンマ特性を取得する方法がとられている。
例えば、線分S1S2、線分S2S3、線分S3S4を示す直線をL1、L2、L3とした各直線の方程式を求め、X軸の値(階調値)x1におけるY値(濃度値)をそれぞれN1、N2、N3とする。
そして、上記N1、N2、N3に関して、重み付け処理を行うことにより、内挿補間点を求める。重み付け処理は、予め設定された加重比率{α,β,γ}に基づく所定の計算式(α・N1+β・N2+γ・N3)によって算出したり、N1、N2、N3相互間の距離比率に応じてその都度算出することができる。
例えば、図15のように配置されるサンプル点S0〜S7が補間処理の対象となる場合、従来の補間方法によると各線分区間における補間点は、X0〜X6の様に配置される。しかしながら、S1〜S2区間における補間点X1を例にとると、線分S1S2の中点のX座標に対応した線分S0S1、S1S2、S2S3上の点N1、N2、N3の平均値によって補間点の値は求められるが、N3がN2から極端に離れた位置にあるため、本来の特性からはずれた不適切な配置となってしまう。また、S6〜S7区間における補間点X6についても同様となる。
このように、N1やN3の座標が、N2の座標から大きく離れている場合、従来の様に、単純に平均値をとって内挿補間点座標を算出したり、固定的に設定された加重比率に基づいて内挿補間点座標を算出すると、いわゆるオーバーシュートが発生して現状のガンマ特性を正確に認識できず、ひいては、正確な補正処理ができなくなっていた。
また、請求項3に記載するように、前記変曲点区間検出手段は、連続する配置される4つのサンプル点Sn乃至Sn+3の区間内において、線分SnSn+1と線分Sn+1Sn+2との傾きの差分をとったときの正負符号を求め、さらに線分Sn+1Sn+2と線分Sn+2Sn+3との傾きの差分をとったときの正負符号を求め、これら2符号の正負が逆である場合、サンプル点Sn乃至Sn+3の区間内における所定の変曲点区間の存在を検出する構成とすることもできる。
さらに、請求項4に記載するように、前記直線区間検出手段は、連続して配置される4つのサンプル点Sn乃至Sn+3の区間内において、サンプル点Sn、Sn+1及びSn+2が同一直線上に配置される場合、又は、サンプル点Sn+1、Sn+2及びSn+3が同一直線上に配置される場合、サンプル点Sn乃至Sn+3の区間内における所定の直線区間の存在を検出する構成とすることもできる。
これにより、装置が実際に保有する濃度階調の素特性を正確に把握することができ、的確なガンマ補正処理又はキャリブレーション処理につなげることが可能となる。
そして、特に本発明の画像形成装置によれば、階調値に応じて連続する4つのサンプル点に注目し、通常は、所定のアルゴリズムに従って構成した三角形の内心を補間することでガンマ特性を調整するようにしているが、これらサンプル点間にいわゆる変曲点区間や直線区間といった特徴的な区間が含まれる場合には、ガンマ特性を別の補間方法によって調整するようにしてある。
同様に、所定の直線区間を有する場合、すなわち、サンプル点Sn、Sn+1及びSn+2が同一直線上に配置される場合、又は、サンプル点Sn+1、Sn+2及びSn+3が同一直線上に配置される場合には、線分Sn+1Sn+2の中点を新たなサンプル点として追加するようにしている。
さらに、これらの処理を定期的に行うことにより、経年変化した出力特性に対応しつつ、初期設定されたガンマ特性における濃度階調のバランスを確保することができ、効果的にキャリブレーション処理を行うこともできる。
また、本発明の画像形成装置は、請求項6に記載するように、前記補間処理手段は、計測した一定数のサンプル点のうち、最も階調値の高いサンプル点をSnとした場合に、当該Snの濃度値と等しく、階調値がさらに高い仮想サンプル点Sn+1及びSn+2を段階的に設けてSn-2乃至Sn+1及びSn-1乃至Sn+2の区間における補間処理を行う構成としてある。
このため、端点について特別な補間処理を必要とすることなく、他のサンプル点区間と同様、一律に補間処理ができるようになる。
従って、特性全体を効率よく把握することができ、ひいては、ガンマ補正やキャリブレーションの処理効率の向上を図ることができる。
これにより、プリンタ、ファクシミリ装置、複写機等、様々な画像形成装置にプログラムをインストールすることによって本発明を実現することができ、汎用性,拡張性に優れたガンマ補正プログラムとして提供することができる。
ここで、以下に示す本発明に係る画像形成装置は、プログラム(ソフトウェア)の命令によりコンピュータで実行される処理,手段,機能によって実現される。プログラムは、コンピュータの各構成要素に指令を送り、以下に示すような所定の処理・機能を行わせる。すなわち、本実施形態の画像形成装置における各処理・手段は、プログラムとコンピュータとが協働した具体的手段によって実現される。
なお、プログラムの全部又は一部は、例えば、磁気ディスク,光ディスク,半導体メモリ,その他任意のコンピュータで読取り可能な記録媒体により提供され、記録媒体から読み出されたプログラムがコンピュータにインストールされて実行される。また、プログラムは、記録媒体を介さず、通信回線を通じて直接にコンピュータにロードし実行することもできる。
図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本実施形態に係る画像形成装置10は、例えば、プリンタからなり、具体的には、画像形成部100,制御部200およびガンマ補正部300から構成されている。
また、画像形成部100は、ガンマ補正部300から入力されるガンマ補正用のパッチ画像データに基づいて、パッチ画像を印刷出力するようになっており、本発明のパッチ画像形成手段を構成している。
その際、制御部200は、ガンマ補正部300により初期設定または補正されたガンマ特性に基づいて、上記画像形成部100を制御して、多階調、例えば256階調の画像に対応して、トナー濃度を適宜調整することにより、適正な印刷出力を行うようになっている。
ここで、制御部200およびガンマ補正部300は、コンピュータ上で動作するプログラムにより動作が制御されるようになっている。
具体的には、ガンマ補正部300は、図2に示すように、処理部310と、記憶部320と、センサ部330を備えている。
センサ部330は、画像形成部100によりガンマ補正用のパッチ画像データが印刷出力される際に、画像形成部100の感光ドラム上に形成されたパッチ画像の明度を検出するようになっており、本発明に係る計測手段を構成している。
そして、この処理部310は、センサ部330からの検出信号(明度値)に基づいて、以下に示すようにガンマ補正を行ない、補正したガンマ特性を制御部200に送出するようになっている。
図3は、本実施形態に係る画像形成装置10における前段のガンマ補正処理手順を示すフローチャートであり、図4は、同じく後段のガンマ補正処理手順を示すフローチャートである。
図3に示すように、まず、画像形成装置10は、画像形成部100が、所定のパッチ画像をサンプルとして形成させ(ステップS1)、センサ部330が、その画像の明度を測定する(ステップS2)。
なお、階調全体を256階調とした場合、サンプル点は、8点、17点、33点等、比較的少ない数で離散して配置する方が処理効率上好ましい。
また、これらサンプル点の測定値を、明度値(例えば、Y軸)と階調値(例えば、X軸)とからなる直交座標上に、階調値の降順又は昇順に並べることによって、実際のガンマ特性のアウトラインを取得することができる(本発明のサンプル点配置手段)。
前処理としては、まず、端点処理Aを行う(ステップS3)。
端点処理Aを行うことにより、端点の近傍区間において特別な補間処理を必要とすることなく、他のサンプル点区間と同様の補間処理(内挿補間A、内挿補間B、内挿補間C)が可能となる。
本実施形態に係る補間処理では、連続する4つのサンプル点を必要とし、そのままではサンプル点の最小側と最大側における処理ができないからであり、具体的には、図5のようにダミーの仮想サンプル点(Sa、Sb、Sc、Sd)を設置する処理を行う。
なお、仮想サンプル点は、端点のサンプル点の明度(Y座標)と同値に設定し、階調値(X座標)としてはサンプル画像の入力レンジに対して5〜10%程度の割合で配置することが望ましい。
従来の補間処理方法を変曲点区間に適用するとオーバーシュートが発生して不都合が生じてしまう。また、後述する本実施形態の単調変化区間の補間方法(後述する内挿補間C)によっては変曲点区間の補正処理は行えない。
そこで、本実施形態では、すべてのサンプル点に対して、連続2区間のなす角の回転方向の変化を検出したり、二次微分を利用することによって、このような変曲点区間を予め検出することとしている(本発明に係る変曲点区間検出手段)。
なお、所定の変曲点区間を検出した場合には、後述する内挿補間Aの処理を施すようにしてある(図3のステップS7参照)。
まず、連続2区間のなす角の回転方向の変化に着目して変曲点区間を検出する方法について説明する。
具体的には、連続するサンプル点4点の隣り合う2点からなる各区間(3区間)について、隣り合う区間のなす角度が連続して同じ方向か否かを観察し、かかる角が連続して同じ方向であれば連続4点の中間2点区間に変曲点は存在せず、方向が異なる場合はその区間に変曲点が存在すると判定することができる。
例えば、図7に示されるサンプル点の中のS2〜S5区間に着目し、線分S2S3を基準とした線分S3S4への回転方向をプラス方向(時計回り)とすると、線分S3S4から線分S4S5への回転方向はマイナス方向(反時計回り)となり、S3〜S4間には変曲点が存在すると判定することができる。
具体的には、連続する4点の前3点で構成される2区間における傾きの差分をとったときの正負符号を求め、さらに同連続する4点の後3点で構成される2区間における傾きの差分をとったときの正負符号を求め、これら2符号の正負がどちらも同じであれば変曲点はその区間には存在せず、正負が逆転していれば変曲点が存在すると判定する。
ステップS2で行ったサンプル値の測定値にノイズ量が多く含まれる場合、正確な特性を把握できず、その後の補正処理にも悪影響がでるため、例えば、検知したノイズ量が所定のしきい値を超えるような場合には、処理自体を中止するなどの制御を行う。
まず、前述の変曲点区間検出手段により、対象となる区間に所定の変曲点が含まれるか否かを確認する(ステップS6)。
具体的には、先のステップS4での判定を参照し、変曲点区間が存在するのであれば(ステップS6:YES)、補間処理手段として内挿補間Aの処理を行う(ステップS7)。
図8(a)は線分Sn+1Sn+2間に変曲点を有する典型的な例であり、図8(b)は、その補間処理後の特性を示した図である。
内挿補間Aは、図8(a)に示すように、連続するサンプル点4点(Sn、Sn+1、Sn+2、Sn+3)について中間線分(線分Sn+1Sn+2)に変曲点が検出された場合に、図8(b)に示すように、中間線分(線分Sn+1Sn+2)の中点Cn+1を内挿補間点として増点するとともに、サンプル点Sn+1及びSn+2を削除する処理を行う。
特に、図9で示す例のように変曲点区間が多く含まれる場合に有効である。なお、本例の場合、いわゆる単調変化区間は線分S5S6のみであり、他の線分区間はすべて変曲点を有する。
直線区間検出手段は、具体的には、図10に示すように、連続するサンプル点4点のうち、後尾3点が直線上に配置されるか、先頭3点が直線上に配置される場合、その中間の線分が所定の直線区間であると判定する。
この結果、対象区間に所定の直線区間が存在すると判定された場合(S8:YES)、補間処理手段として内挿補間Bの処理を行う(ステップS9)。
これにより、いわゆる単調変化区間でもなく、変曲点区間にも該当しない区間の補間処理を適切に行うことができるようになる。
内挿補間Cは、所定の変曲点区間や直線区間に該当しない、いわゆる単調変化区間における補間処理を行うものである。
具体的には、図11に示すように、連続するサンプル点4点(Sn、Sn+1、Sn+2、Sn+3)において、先頭区間である線分SnSn+1のSn+1方向への延長線と後尾区間である線分Sn+2Sn+3のSn+2方向への延長線との交点Cn+1を求め、三角形Sn+1Sn+2Cn+1の内心In+1を内挿補間点として増点する処理を行う。
内心In+1は、三角形Sn+1Sn+2Cn+1の内角の二等分線が交わる点、すなわち、線分Sn+1Cn+1と線分Sn+1Sn+2の為す角の二等分線ないし、線分Cn+1Sn+2と線分Sn+1Sn+2の為す角の二等分線ないし、線分Sn+1Cn+1と線分Cn+1Sn+2の為す角の二等分線のうち、いずれか2直線の交点で表される。
この点、上述した従来技術の補間方法では、図13に示すように、N1とN2とN3の平均値をとるため、補間点X1は特性から突出した配置となってしまい滑らかな階調曲線を得られなくなるが、本実施形態の内挿補間Cによればこのような不都合は生じなくなる。
以上のように、状況に応じて各補間処理手段を選択して実行する制御を行うことによって、ノイズの有無、その他特性変化の如何に関わらず、実際のガンマ特性を正確に取得することが可能となる。
この後処理では、まず、内挿補間(A、B及びC)によって増点されたサンプル点を計数したり、内挿補間の回数を計数するなどして(ステップS11)、予め設定されたサンプル数に達したか否かを判定する(ステップS12)。
ステップS12の結果、サンプル数が所定値に達していなければ(ステップS12:NO)、ステップS4からの処理を再度繰り返し行う。
一方、ステップS12の結果、サンプル数が所定値に達していれば(ステップS12:YES)、内挿補間Dの処理を行う(ステップS13)。
なお、内挿補間Dは、コア処理における負荷軽減や処理速度の向上を図る場合にのみ用いても良く、内挿補間Dを行わない場合、所望のサンプル点数に達するまで内挿補間A、内挿補間B、内挿補間Cの処理が行われる。
次に、端点処理Bとして、ステップS3で仮想的に増点した端点処理用の補助データ及び補助データ間のデータを除去する。
そして、最後に、入出力特性、すなわち装置に予め設定されている固有のガンマ特性の補正を行う(ステップS15)。
なお、このガンマ特性に従って、トナーの噴出量等が制御されており、出力画像における濃度又は明度を調節することができるようになっている。従って、実際に把握したガンマ特性に基づいて、固有のガンマ特性を修正・更新することによって装置の出力特性を理想的な特性に近づけることが可能である。
なお、トナー噴出量の調整手段としては、例えば、潜像を形成するための露光量(パワー又は露光時間)を変更したり、露光面積(ドットの数等)を変更することで実現することができる。
そして、処理部310は、その配列によって得られた各区間に着目し、適切な補間処理を適用していくことによって、実際のガンマ特性を効果的に取得できるようになっている。
また、必要時又は定期的にガンマ特性の補正を行う等のキャリブレーション処理を行うことによって、継続的に理想のガンマ特性を保持することができるようになり、経年変化や使用環境等により誤差を生ずるようになったトナーの噴出量等を適切に制御できるようになる。
例えば、上述した実施形態では、本発明の画像形成装置としてプリンタの場合を例にとって説明したが、本発明を適用可能な画像形成装置としては、プリンタに限らず、ファクシミリ装置、複写機、複合機等の画像形成処理が行われる各種の装置、機器であっても良い。
100 画像形成部
200 制御部
300 ガンマ補正部
310 処理部
320 記憶部
330 センサ部
Claims (7)
- 固有のガンマ特性を保有し、当該ガンマ特性に基づいて出力画像に対する濃度制御を行う画像形成装置において、
複数の階調値に対応するパッチ画像を所定の媒体上に形成するパッチ画像形成手段と、
形成された前記各パッチ画像の濃度又は明度を計測する計測手段と、
計測した濃度値又は明度値を示すサンプル点をその階調値の降順又は昇順に配置するサンプル点配置手段と、
配置された前記サンプル点の各区間の中から所定の変曲点区間を検出する変曲点区間検出手段と、
配置された前記サンプル点の各区間の中から所定の直線区間を検出する直線区間検出手段と、
サンプル点の追加によって、又は追加及び削除によって補間処理を行う補間処理手段と、
前記補間処理を介して一連の階調特性を取得する特性取得手段と、
取得した前記階調特性に基づき、前記ガンマ特性を補正する特性補正手段と、を備え、
前記補間処理手段は、
連続して配置される4つのサンプル点Sn乃至Sn+3の区間内において、所定の変曲点区間が検出された場合、線分Sn+1Sn+2の中点を新たなサンプル点として追加するとともにサンプル点Sn+1及びSn+2を削除し、
前記区間内において所定の直線区間が検出された場合、線分Sn+1Sn+2の中点を新たなサンプル点として追加し、
前記区間内において前記変曲点区間及び前記直線区間が検出されなかった場合、サンプル点S n+1 、S n+2 及び線分SnSn+1 を含む直線と線分Sn+2Sn+3 を含む直線との交点からなる三角形の内心を新たにサンプル点として追加することによって補間処理を行うことを特徴とする画像形成装置。 - 前記変曲点区間検出手段は、
連続して配置される4つのサンプル点Sn乃至Sn+3の区間内において、線分SnSn+1を基準とした線分Sn+1Sn+2への回転方向と、線分Sn+1Sn+2を基準とした線分Sn+2Sn+3への回転方向が異なる場合、サンプル点Sn乃至Sn+3の区間内における所定の変曲点区間の存在を検出する請求項1記載の画像形成装置。 - 前記変曲点区間検出手段は、
連続する配置される4つのサンプル点Sn乃至Sn+3の区間内において、線分SnSn+1と線分Sn+1Sn+2との傾きの差分をとったときの正負符号を求め、さらに線分Sn+1Sn+2と線分Sn+2Sn+3との傾きの差分をとったときの正負符号を求め、これら2符号の正負が逆である場合、サンプル点Sn乃至Sn+3の区間内における所定の変曲点区間の存在を検出する請求項1又は2記載の画像形成装置。 - 前記直線区間検出手段は、
連続して配置される4つのサンプル点Sn乃至Sn+3の区間内において、サンプル点Sn、Sn+1及びSn+2が同一直線上に配置される場合、又は、サンプル点Sn+1、Sn+2及びSn+3が同一直線上に配置される場合、サンプル点Sn乃至Sn+3の区間内における所定の直線区間の存在を検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の画像形成装置。 - 前記補間処理手段は、
計測した一定数のサンプル点のうち、最も階調値の低いサンプル点をSnとした場合に、当該Snの濃度値と等しく、階調値がさらに低い仮想サンプル点Sn-1及びSn-2を段階的に設けてSn-2乃至Sn+1及びSn-1乃至Sn+2の区間における補間処理を行う請求項1乃至4のいずれか一項記載の画像形成装置。 - 前記補間処理手段は、
計測した一定数のサンプル点のうち、最も階調値の高いサンプル点をSnとした場合に、当該Snの濃度値と等しく、階調値がさらに高い仮想サンプル点Sn+1及びSn+2を段階的に設けてSn-2乃至Sn+1及びSn-1乃至Sn+2の区間における補間処理を行う請求項1乃至5のいずれか一項記載の画像形成装置。 - 固有のガンマ特性を保有し、当該ガンマ特性に基づいて画像データの出力を行う画像形成装置の出力濃度制御に関するガンマ補正プログラムであって、
前記画像形成装置を構成するコンピュータを、
複数の階調値に対応するパッチ画像を所定の媒体上に形成するパッチ画像形成手段、
形成された前記各パッチ画像の濃度又は明度を計測する計測手段、
計測した濃度値又は明度値を示すサンプル点をその階調値の降順又は昇順に配置するサンプル点配置手段、
配置された前記サンプル点の各区間の中から所定の変曲点区間を検出する変曲点区間検出手段、
配置された前記サンプル点の各区間の中から所定の直線区間を検出する直線区間検出手段、
サンプル点の追加によって、又は追加及び削除によって補間処理を行う補間処理手段、
前記補間処理を介して一連の階調特性を取得する特性取得手段、
取得した前記階調特性に基づき、前記ガンマ特性を補正する特性補正手段、として機能させるとともに、
前記補間処理手段を、連続して配置される4つのサンプル点Sn乃至Sn+3の区間内において、所定の変曲点区間が検出された場合、線分Sn+1Sn+2の中点を新たなサンプル点として追加するとともにサンプル点Sn+1及びSn+2を削除し、前記区間内において所定の直線区間が検出された場合、線分Sn+1Sn+2の中点を新たなサンプル点として追加し、前記区間内において前記変曲点区間及び前記直線区間が検出されなかった場合、サンプル点S n+1 、S n+2 及び線分SnSn+1を含む直線と線分Sn+2Sn+3 を含む直線との交点からなる三角形の内心を新たにサンプル点として追加することによって補間処理を行う手段、
として機能させるためのガンマ補正プログラム。
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