JP6029305B2 - 画像処理装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は画像処理装置およびその制御方法に関し、特に閾値マトリクスを使ったディザ法に関する。

パソコンで処理した画像や、デジタルカメラで撮影した画像などを出力する装置として、記録媒体上にドットを用いて画像を形成する画像形成装置がよく使われている。このような画像形成装置の出力可能な階調値は一般に、パソコン等で扱う画像データの階調数に比べて少ない。そこで上記画像データに対してハーフトーン処理を行い、画像形成装置が出力可能な階調数にする必要がある。ハーフトーン処理の一つに、ディザ法が知られている。ディザ法とは、入力画像データを表す画素値と、閾値マトリクスの閾値とを画素ごとに比較することによって、各画素の出力値を決定する方法である。このような閾値マトリクスを用いたディザ法は、十分な粒状性が得られないという課題がある。これは階調（明るさ）によってより好適なドット配置が異なるにも関わらず、ディザ法では他の階調のドット配置に影響されるためである。

そこで特許文献１には、あらかじめ全階調分の最適なドットパターンを保持しておく方法が開示されている。入力画像データの階調に応じて、ドットパターンを選択する。そして、選択したドットパターンにおける同じ画素位置がＯＮドットかＯＦＦドットかを参照し、画素の出力を決定する。この方法では、全階調のドットパターンをそれぞれ別個に記憶するから、他の階調でのドット配置に制限を受けることなく、各階調ごとにより粒状性の高いドット配置を決定することができる。

一方特許文献１には、一部の連続階調区間に対して１枚の閾値マトリクスを使ってディザ法をする例も開示されている。この方法によれば、上記の全階調分のドットパターンを保持しておく方法よりも記憶容量を削減できる。

特開２００３−４６７７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された一部連続区間を一枚の閾値マトリクスに割り当てる方法は、従来のディザ法と同様に、連続する階調の区間において他の階調のドット配置に影響される。そのため、必ずしも粒状性の良いドットパターンを生成できないという課題があった。
そこで本発明では、閾値マトリクスを使ったディザ法によって、必要な記憶容量を少なくしつつ、粒状性の良いドットパターンを生成することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、画像を構成する各画素に対して閾値マトリクスを用いてハーフトーン処理することによりドットパターンを表すデータに変換する画像処理装置であって、閾値の配置が異なる複数の閾値マトリクスを保持する保持手段と、前記画像を構成する注目画素の階調に応じて、前記複数の閾値マトリクスから１つの閾値マトリクスを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された閾値マトリクスにおいて、前記注目画素に対応する閾値と前記注目画素の画素値を比較することにより、２値化するためのハーフトーン処理を実行するハーフトーン処理手段を有し、前記複数の閾値マトリクスは、第１の閾値マトリクスと、前記第１の閾値マトリクスとは異なる第２の閾値マトリクスを含み、階調Ｎ，階調Ｎ＋α、階調Ｎ＋β、階調Ｎ＋γ（Ｎは０か自然数のうちいずれかであり、α、β、γは自然数かつα＜β＜γを満たす）について、前記階調Ｎと前記階調Ｎ＋βは第１の閾値マトリクスに対応づけられ、前記階調Ｎ＋α、前記階調Ｎ＋γは第２の閾値マトリクスに対応づけられていることを特徴とする。

本発明は、閾値マトリクスを使ったディザ法によって、必要な記憶容量を少なくしつつ、粒状性の良いドットパターンを生成することができる。

画像処理装置および画像形成装置の構成を示す図 画像処理装置におけるハーフトーン処理部２０６の詳細を示す図 画像処理装置におけるハーフトーン処理部２０６の詳細を示す図 ハーフトーン処理部２０６における一連の処理のフローチャート 「相性のよい」階調を説明するためのドットパターンの模式図 従来の一般的なディザ法を説明する模式図 実施例１において１枚の閾値マトリクスが対応する階調を示す図 ドット配置の自由度を説明するための模式図 複数の閾値マトリクスを作成するフローチャート 複数の閾値マトリクスを保持するのに必要な記憶容量と、全階調分のドットパターンを記憶するのに必要な記憶容量の関係を示す図 階調値と複数の閾値マトリクスとの対応の一例を示す図 複数の閾値マトリクスの具体例 各階調値に対して出力するドットの状態を模式的に示す図 閾値マトリクスごとに出力するドットの状態を分けた図

以下、添付図面を参照して、本発明を好適な実施例に従って詳細に説明する。なお、以下の実施例において示す構成は一例にすぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１は、実施例１に適用可能な画像処理装置および画像形成装置の構成を示したブロック図である。図１において、画像処理装置１と画像形成装置２はインタフェース又は回路によって接続されている。画像処理装置１は例えば一般的なパーソナルコンピュータにインストールされたプリンタドライバである。その場合、以下に説明する画像処理装置１内の各部は、コンピュータが所定のプログラムを実行することにより実現される。ただし、画像形成装置２が画像処理装置１を含む構成としてもよい。

画像処理装置２０１は、入力端子２０２から入力された印刷対象のカラーの画像データ（以下、カラー入力画像データ）を入力画像バッファ２０３０２に格納する。カラー入力画像データは、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の３つの色成分により構成されている。

色分解処理部２０４は、格納された入力画像データを画像形成装置１０９が備える色材色に対応した画像データへ分解する。この色分解処理には、色分解用ルックアップテーブル（不図示）を参照する。本実施例では、ブラック（Ｋ）単色を例に説明する。カラー画像を記録媒体上に形成する場合は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のように複数色に色分解処理すればよい。本実施例では、色分解処理後データを０〜２５５の２５６階調を表す８ビットとして扱うが、それ以上の階調数への変換を行っても構わない。

ハーフトーン処理部２０６は、色分解処理部２０４から得られる色分解後データに対して、複数の閾値マトリクスを用いてハーフトーン処理を行う。複数の閾値マトリクスのうち使用する閾値マトリクスは、画素を表す入力値（階調）に応じて決定される。ここでは、８ビットの色分解後データを１ビット（２値）のデータに変換する。詳細は後述する。ハーフトーン処理部２０６は、ハーフトーン画像データをハーフトーン画像格納バッファ２０７に出力する。格納されたハーフトーン画像データは、出力端子２１０より画像形成装置１０９へ出力される。

画像形成装置２は、画像処理装置１から受信したハーフトーン画像データに基づいて、記録ヘッド２１２を記録媒体に対して相対的に縦横に移動することにより、記録媒体上に画像を形成する。ここでは、記録ヘッド２０１はインクジェット方式のものであり、一つ以上の記録素子（ノズル）を有する。

ヘッド駆動回路２１１は、ハーフトーン画像データに基づいて、記録ヘッド２１２を制御するための駆動信号を生成する。記録ヘッド２１２は駆動信号に基づき、実際に記録媒体上へ各インクドットの記録を行う。

以下、本実施例におけるハーフトーン処理部２０６を詳細に説明する。図２は、ハーフトーン処理部の詳細な構成を示すブロック図である。ハーフトーン処理部２０６は、色分解処理部２０４から出力された２５６階調の色分解後データを２値（１ｂｉｔ）のデータに変換する。具体的には、注目画素３０２を表す入力値を、対応する閾値マトリクスにおける閾値と比較し、出力値を決定する。ハーフトーン処理部２０６は、メモリ３０４、閾値マトリクス選択器３０６、比較器３０７を有する。メモリ３０４上には、互いに異なる複数の閾値マトリクス３０５（Ｍ１、Ｍ２、…、ＭＮ）を保持している。また閾値マトリクス選択器３０６は画素ごとに、入力値に応じて、複数の閾値マトリクス３０５から使用する閾値マトリクスを１つ決定する。比較器３０７は、閾値マトリクス選択器３０６によって選ばれた閾値マトリクスにおいて注目画素に対応する閾値と注目画素の画素値を比較し、出力値を決定する。

図４は、ハーフトーン処理部２０６における一連の処理のフローチャートを示す。以下、本実施例におけるハーフトーン処理方法について説明する。

ステップＳ４０２において画像処理装置２０１は、初期化処理として、あらかじめ用意されたＮ枚の閾値マトリクスを読み出す。

次にステップＳ４０３において、ハーフトーン処理部２０６は、注目画素（ｘ，ｙ）を表す画素値ｇ（ｘ，ｙ）を読み出し、入力値を表す変数（ｉｎ）として記憶する。

ステップＳ４０４において閾値マトリクス選択器３０６は、入力値ｉｎに応じて、メモリ上に保持された複数の閾値マトリクス（Ｍ１〜ＭＮ）のうち、比較器３０７が用いる閾値マトリクスを決定する。あらかじめ入力値ｉｎと使用する閾値マトリクスとの対応を決めておき、テーブルとして保持しておく。閾値マトリクス選択器３０６は、テーブルを参照することで閾値マトリクスを決定することができる。入力値ｉｎと閾値マトリクスの対応については、さらに詳細を後述する。使用する閾値マトリクスをＭｋとする。

ステップＳ４０５において比較器３０７は、閾値マトリクス選択器３０６によって選択された閾値マトリクスＭｋにおいて、注目画素の位置（ｘ，ｙ）に対応する位置を読み出す。ここで閾値マトリクスにおいて注目画素に対応する位置の読み出しは、従来のディザ法と同様の方法を用いる。閾値マトリクスにおける注目画素に対応する位置（ｉ，ｊ）は、ｉ ＝ ｘ ％ Ｗ、ｊ ＝ ｙ ％ Ｈ によって決まる。ここで％は剰余を表し、Ｗ、Ｈはそれぞれ閾値マトリクスの幅、高さである。比較器３０７は、閾値マトリクスＭｋにおける位置（ｉ，ｊ）に格納された閾値を、変数ｔｈに格納する。

ステップＳ４０６において比較器３０７は、入力値ｉｎと閾値ｔｈを比較する。入力値ｉｎの方が閾値ｔｈより小さければステップＳ４０７に進み、大きければステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０７において比較器３０７は、注目画素の出力値ｏｕｔを０として格納する。一方ステップＳ４０８において比較器３０７は、注目画素の出力値ｏｕｔを１として格納する。つまりここでは、入力値ｉｎが閾値ｔｈ以下のときに０（黒）を、そうでないときに１（白）を出力する。

ステップＳ４０９においてハーフトーン処理部２０６は、出力画像の位置（ｘ，ｙ）に出力値ｏｕｔを出力する。

以上の処理を入力画像における全ての画素に対して行い（ステップＳ４１０）、全画素に対して処理が終われば、ハーフトーン処理が終了する。（ステップＳ４１１）
ここで、入力値（階調）と使用される閾値マトリクスとの対応について詳細に説明する。前述の通り、各階調において十分に良好な粒状性を得られる最適なドット配置はそれぞれ異なる。そこで、各階調を表す粒状性の良いドット配置（ドットパターン）が得られるように、各階調と閾値マトリクスを対応づける。

まず、閾値マトリクスを用いたディザ法の特性について説明する。図６は一般的なディザ法を示した図である。閾値マトリクス６０１は、幅Ｗ＝４、高さＨ＝４であり、各画素に「０〜１５」の閾値が一つずつ格納されている。使用する閾値マトリクスは１枚である。つまり、入力値に関係なく閾値マトリクス６０１が使用される。ここでは、閾値よりも入力された画素値が小さければＯＮドット（黒）、大きければＯＦＦドット（白）を出力する。従って、この閾値マトリクス６０１を使った場合、１７階調のドットパターンを得られる。

入力画像６０２は、単一の画素値１３を持ち、閾値マトリクス６０１と同じ大きさで４ある。入力画像６０２に対して閾値マトリクス６０１を用いて出力値を決定すると、出力画像６０３が得られる。一方、入力画像が６０２よりもわずかに暗い単一の画素値１２を持つ入力画像６０４は、閾値マトリクス６０１を用いて出力値を決定すると、出力画像６０５が得られる。このとき出力画像６０５のＯＮドット（黒）はより明るい階調を表す出力画像６０３のＯＮドットを全て含む。このように従来のディザ法では、明るい階調でＯＮドット（黒）になったドットは、それより暗い階調でＯＦＦドット（白）になることはない。

ところが、各階調における最適なドットパターンは異なるため、明るい階調におけるドットが固定されると、最適なドットパターンを設定できない階調が発生する。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ階調４，８，９，１６を表すドットパターンである。各階調において、いずれも粒状性がよくなるようにドットが配置されたドットパターンである。黒ドットの数からもわかるように、ドットパターン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）順に明るい階調を表す。ドットパターン（ｂ）のドットは、ドットパターン（ａ）における全てのドットを含んでいる。また、ドットパターン（ｄ）のドットは、ドットパターン（ｂ）における全てのドットを含んでいる。（結果としてドットパターン（ｄ）はドットパターン（ａ）における全てのドットを含むことにもなる。）このように、ドットの多いドットパターンが、ドットの少ないドットパターンにおける全てのドットを含む場合、あるいはそれに近いドット配置を持つ関係をここでは「相性がよい」と表現する。つまり、図５が示すドットパターンのうち、ドットパターン（ａ）、（ｂ）、（ｄ）は互いに相性がよいと言える。これは、階調８は階調４のドットを残したまま粒状性の良いドットパターンを実現でき、階調１６は階調４や階調８のドットを残したまま粒状性の良いドットパターンを実現できることを意味する。一方、ドットパターン（ｃ）は、ドットの少ないドットパターン（ａ）におけるドットをほとんど含まない。同様に、ドットパターン（ｃ）におけるドットは、ドットの多いドットパターン（ｂ）、（ｄ）にほとんど含まれない。従ってドットパターン（ｃ）は他のドットパターン（ａ）、（ｂ）、（ｄ）とは相性がよいとは言えない。つまり階調９は、ドットパターン（ａ）のドットを残したままでは粒状性の良いドットパターンを実現することができない。前述の通り、閾値マトリクスを使ったディザ法では、明るい階調でＯＮドット（黒画素）になったドットは、それより暗い階調でＯＦＦ（白画素）になることはない。そのため、図５のうち相性がよいドットパターン（ａ）、（ｂ）、（ｄ）は一枚の閾値マトリクスを用いたディザ法によって、実現することができる。本実施例では、ある階調を十分な粒状性が得られるドット配置にした場合に、できるだけ互いに相性がいいドットパターンをもつ階調を同じ閾値マトリクスに対応させる。

図７は、本実施例において一枚の閾値マトリクスと階調との対応を模式的に示している。前述のように階調の相性を考慮して閾値マトリクスを設計すると、図７が示すように一つの閾値マトリクスが対応する階調は連続区間ではなく、離散的な階調になる。全ての入力値（階調）にいずれかの閾値マトリクスが必ず対応するように設定する。ここで、本実施例における閾値マトリクスの作成方法を説明する。ハーフトーン処理部２０６におけるメモリ３０４は、以下の方法によって作成された複数の閾値マトリクスを保持する。図９は、閾値マトリクスを作成するフローチャートを示す。ここでは説明を簡潔にするために、例として、図１２のマトリクス１２０４が示すような、幅Ｗ＝４、高さＨ＝４の閾値マトリクスを作成する。閾値は、０〜１５のいずれかの値をもつ。また、入力画像データは４ビットの１６階調で表されている。つまり、４×４のマトリクスにおいて０（全体が黒）〜１６（全体が白）の１７階調を表すことができる。

初めに、ステップＳ９０１において、作成する閾値マトリクスの数Ｎと各閾値マトリクスＭｋ（ｋ＝１，…，Ｎ）が受け持つ階調群を決定する。ここでは、閾値マトリクスの枚数Ｎ＝３と定め、閾値マトリクスはそれぞれＭ１，Ｍ２，Ｍ３とする。つまり３枚の閾値マトリクスを作成する。また、各閾値マトリクスが対応する入力値（階調）を図１１のように定めた。図１１の対応テーブル１１０４は、上段が入力値（階調）を、下段が各階調に対応する閾値マトリクスＭｋの番号ｋを表す。例えば階調１を表す入力値に対しては閾値マトリクスＭ１を、階調５の入力値に対しては閾値マトリクスＭ３を用いる。表１１０１〜１１０３は、閾値マトリクスＭ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれが受け持つ階調を示している。対応テーブル１１０４は表１１０１〜１１０３を総合したものである。各閾値マトリクスが対応する階調を階調群とよぶ。つまり、閾値マトリクスＭ１が対応する階調群は、｛１，２，４，８，１２，１４，１５｝である。いずれの閾値マトリクスも連続しない階調を含む階調群に対応している。ここで連続しない階調とは、２，４，８，１２，１４のことを意味する。各階調群は、他の階調群にはが含む階調とは異なる階調からなる。本実施例では、まず特に相性のよい階調値を閾値マトリクスＭ１が受け持つように対応づけた。次に、閾値マトリクスＭ１に対応しない階調のうち、閾値マトリクスＭ２、Ｍ３が連続する階調を受け持たないように対応づけた。なお、階調「０」と「１６」については、全画素がＯＮドットまたはＯＦＦドットであり、どの閾値マトリクスを使用しても結果が同じであるので、どの閾値マトリクスに対応づけてもよく、対応テーブル１１０４では横線で示している。なお、階調群を決定する別の例として、ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙとして知られる、階調値に対して定まる値を参考として選んでもよい（ＵＳ−５１１１３０を参照）。

次にステップＳ９０３〜ステップＳ９１１を繰り返し、各閾値マトリクスを一つずつ作成する。以下、閾値マトリクスＭ１を作るフローを例に説明する。他の閾値マトリクスも同様に作成することができる。

ステップＳ９０４において、まず閾値マトリクスＭ１を表すマトリクスを、どの階調に対してもドットを出力しない閾値で埋めて初期化をする。

次に、ステップＳ９０５において、閾値マトリクスＭ１が対応する階調群のうち、最も明るい階調を選択する。そして閾値マトリクスと同じ大きさの入力画像（ここでは４×４）において、選択した階調を表現するのに必要なドット数を配置したドットパターンを決定する。この時、ドットパターンは粒状性の良いドット配置であることが望ましい。ある階調を表す粒状性の良いドットパターンの決定法は、公知の手法を用いればよい。このドットパターンのドットの位置に対応する閾値マトリクスＭ１の位置にこのドットパターンが表す階調に対する閾値を記録する。

ステップＳ９０６において、閾値マトリクスＭ１が受け持つ階調群のうち次に明るい階調を選択する。すでに配置が決定したドットは全て同じ位置に保持したままという条件下で、選択した階調に必要なドット数を持つドットパターンを決定する。つまり、閾値マトリクスＭ１が対応する階調群のうち、選択した階調よりも明るい階調を表すドットパターンに対してドットを新たに追加することにより、選択した階調を表すドットパターンを決める。ここでも粒状性が良いドット配置であることが望ましい。閾値マトリクスＭ１が対応する階調群は、前述の通り、粒状性のいいドット配置を決定するのに相性がよい組み合わせである。そのため、ドットを追加することで、粒状性の良いドットパターンを生成することができる。

ステップ９０７において、ステップＳ９０６で新しくドットを追加した位置と対応する閾値マトリクスＭ１の位置に、ステップＳ９０６において選択した階調のための閾値を格納する。以上のように、明るい階調でのドットを保持したまま次に暗い階調のドットを決定していく。閾値マトリクスＭ１が受け持つ階調群のうち、最も明るい階調１から最も暗い階調１５に至るまで、順に繰り返す。ステップＳ９１１において、閾値マトリクスＭ１が受け持つ階調群の全てについて処理を終えたら、閾値マトリクスＭ１を保存する。

そして、次の閾値マトリクス作成にうつる。これまでの処理を、閾値マトリクスＭ２、Ｍ３までの全ての閾値マトリクスで行い、３枚目の閾値マトリクスが作成終了したら、本実施例において用いられる複数の閾値マトリクスの作成は完了する。

図１２は、図９が示すフローチャートによって作成された閾値マトリクスの具体例である。閾値マトリクスＭ１〜Ｍ３はいずれも、入力値が閾値以下ならば出力されるドットをＯＮドット（黒画素）にする、という規則に従い出力値を決定するため閾値マトリクスである。また、マトリクス１２０４の各位置を記号ａ〜ｐとする。

従来のディザ法に用いられる閾値マトリクスには一般に、入力値となる全ての階調値が閾値として格納されている。一方本実施例では、閾値マトリクスＭ１〜Ｍ３の通り、各閾値マトリクスには全ての階調値ではなく、０あるいは各閾値マトリクスが受け持つ階調値のみが閾値として格納されている。また本実施例における閾値マトリクスは、離散的な階調値を受け持つために、それぞれの閾値マトリクスにはある閾値が複数箇所に格納される。

図１３は、本実施例における複数の閾値マトリクスを用いて、各階調に対してディザ法を行った結果を模式的に示す図である。左側の縦軸は入力画像データを表す階調を示し、４×４のサイズである入力画像全てが同じ階調をもつ。右側の縦軸には、閾値マトリクスＭ１，Ｍ２、Ｍ３のうち、各入力値（階調）に応じて使用される閾値マトリクスを記す。また、横軸は、マトリクス１２０４に示した閾値マトリクスの各位置であり、入力画像データの画素位置に対応する。各軸に囲まれた領域にドットの出力の有無を、ドットの出力がある場合を黒色、ドットの出力が無い場合を白色で表している。なお、ここでは階調値が小さいほど暗く、大きいほど明るい階調になる。例えば、階調値５が入力された場合、対応テーブル１１０４の通りに閾値マトリクスＭ３が使用される。画素ごとに入力値である階調５と閾値マトリクスＭ３における各閾値を比較し、出力を決定する。入力値５よりも閾値が大きければＯＮドット（黒画素）に、小さければＯＦＦドット（白画素）になる。その結果、位置ｂ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｉ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏが黒画素に、それ以外が白画素になる。従来の閾値マトリクスを用いたディザ法では、全階調において、あるいは連続階調区間において、より明るい階調を表すドットパターンに現れるドットを必ず含まなくてはならないという制限があった。しかし図１３を見れば分かるように、本実施例では、連続する階調値に対して、より明るい階調のドットが必ずしもそれより暗い階調に含まれるわけではない。さらに、図１３のドットの出力結果を閾値マトリクスＭ１、Ｍ２、Ｍ３ごとに分けてまとめたものを図１４に示す。図１４によれば、閾値マトリクスＭ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれが受け持つ階調の範囲内では、明るい階調のドットがそれより暗い階調に含まれる制限を持っていることが分かる。ただし、相性がいい階調値を同じ閾値マトリクスが対応するように設定しているため、いずれの階調を表すドットパターンも粒状性がよくなる。

以上のように、入力値に応じて複数の閾値マトリクスから、出力値の決定に用いる閾値マトリクスを選択する。１つの閾値マトリクスに対応するように設定された階調値群（表１１０１〜１１０３）は、粒状性が良いドット配置をするのに相性がよい階調の組み合わせである。ここで相性がよいとは、２つの階調を表す粒状性の良いドットパターンにおいて、より明るい階調のドットパターンにおけるドット全て含むことを意味する。その結果、本実施例における１枚の閾値マトリクスは、入力階調のうち連続しない階調値を担当することになる。これにより、閾値マトリクスを用いたディザ法によって、必要な記憶容量を少なくしつつ、粒状性のいいドットパターンを生成することができる。

図８は、ドット配置の自由度について説明する図である。図８（ａ）は、ＯＮドットの数が４つである階調４を表すドットパターンである。ドットパターン（ａ）に存在する４つのドットをそのままの位置で、階調５または階調１０のドットパターンを決定する場合を考える。図８（ｅ）が示すように、ドット数が５つである階調５のドットパターンの場合、ドットパターン（ａ）に追加するドットの数は１つである。一方図８（ｆ）が示すように、ドット数が１０である価値用１０のドットパターンの場合、ドットパターン（ａ）に追加するドットの数は６つである。

同じ閾値マトリクスを用いた方法では、より明るい階調を表すドットパターンのＯＮドットはより暗い階調のドットパターンに全て含まれる。従って、階調４と同じ閾値マトリクスを用いて階調５あるいは階調１０それぞれのドットパターンを決定するとき、任意の位置に加えることのできるドット数はそれぞれ、１または６である。階調５のドットパターンでは、階調５を表すドットパターンを決定するために選ぶことのできるドット数は１つしかないため、粒状性の良いドットの配置に制限がある。一方、ドット数が１０の階調のパターンでは、総ドット数１０のうち、階調１０のために位置を選ぶことのできるドット数は６つある。従って階調１０では、ドットパターンのうちドット総数の半分以上のドットを自由に配置することができる。このように、その階調のドットパターンのために位置を決めることができるドット数の比率、すなわちドット配置の自由度が大きいほどより粒状性の良いドットパターンを作成することができる。一般に、階調間の近いドットパターン同士であればそれぞれに含まれるドット数の差は小さく、階調間の距離が離れたドットパターン同士であれば含まれるドット数の差はより大きいと言える。したがって、閾値マトリクスの受け持つ階調を離散的かつ、階調間の距離が離れるように対応させることにより、より好適なドットパターンを作成可能になる場合が多い。また、このような効果を各閾値マトリクスで持たせるため、各閾値マトリクスに対応する階調群の階調を周期的に順番に設定してもよい。

なお、閾値マトリクスの数Ｎは大きいほど、１枚あたりの閾値マトリクスが受け持つ平均の階調数を少なくすることができる。そのため、ドット配置の自由度をあげることができ、より粒状性のいいドットパターンを設定することを期待できる。しかしながらその反面、閾値マトリクスの数Ｎが大きければ、全ての閾値マトリクスを記憶するための記憶容量が大きくなってしまう。深さｎビットの階調（＝全階調は２＾ｎ＋１）を表す入力画像データを２値化するハーフトーン処理の結果、深さｎビットと同じ数の階調を表現する場合を考える。このとき、全ドットパターンの記憶容量は、以下の式によって算出できる。

出力×階調数×画像の幅×画像の高さ＝１×（２＾ｎ−１）×Ｗ×Ｈ
＝（２＾ｎ−１）ＷＨ（ビット） 式（１）
ただし、ドット配置を記憶する必要がない全て黒画素、あるいは全白画素の階調を除く。

一方、本発明によって同じ階調の入力画像データに対してＮ枚の閾値マトリクスを用いるときの必要な記憶容量は、式（２）により算出できる。

閾値マトリクス１画素の記憶容量×閾値マトリクス数画像の幅×画像の高さ＝ｎ×Ｎ×Ｗ×Ｈ＝ｎＮＷＨ （ビット） 式（２）
両者を比較すると、本発明により記憶容量が削減できるときは、（２＾ｎ −１） ＷＨ ＞ ｎＮＷＨの成り立つとき、すなわちＮ ＜ ２＾ｎ −１ ／ ｎ であって、閾値マトリクスの数Ｎが（ ２＾ｎ −１ ）／ ｎより少ないときである。図１０には一例として、ｎ＝８のときの 記憶容量の関係図を示す。このときは全２５６階調に対して閾値マトリクスが３１枚以下であれば記憶容量の削減が可能であることがわかる。実施の際には諸条件を考慮して使用者が好適な閾値マトリクス数を任意に選ぶとよい。

＜実施例２＞
前述の実施例では、ハーフトーン処理部２０６において比較器を１つもつ構成を示した。実施例２では、各閾値マトリクスに対して１つずつ比較器を持った構成を示す。

図３は実施例２に適用可能なハーフトーン処理部２０６の構成を示す。実施例１と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図３では、閾値マトリクスＭ１〜ＭＮに対応する数の比較器３０７を持つ。処理対象の画素を表す入力値が入力されると、入力値と閾値マトリクスそれぞれとの比較を並列に行う。そののち、閾値マトリクス出力選択器３０８が入力値（階調）に応じて各閾値マトリクスとの比較結果のどの値を出力として採用するかを決定する。各閾値マトリクスや、入力値との対応関係は実施例１と同様である。

＜その他の実施例＞
前述の実施例では、特に出力がＯＮドットかＯＦＦドットの二値データに変換するハーフトーン処理について説明した。しかしながら、多値のハーフトーン処理でもよい。一般に、多値ハーフトーン処理は、入力の全階調値をＲ、出力可能な多値レベルをｍ、二値のハーフトーン処理用の閾値マトリクスの位置（ｉ，ｊ）の格納閾値をＤ_ｉ，ｊと書くと、多値ハーフトーン用の閾値マトリクスＴ_ｉｊ ^（ｒ）は

（ｒ＝０，１，…，ｍ−２）と書ける。なお、ｉｎｔは整数化を表す。ただし、Ｔ_ｉ，ｊ ^（ｒ）は入力値ｘ_ｉ，ｊが

となる範囲のｘ_ｉｊについて、Ｔ_ｉｊ ^（ｒ）を使うものとする。かような変換によって、多値ハーフトーン処理の場合も本発明を適用することが可能である。

また、上記の閾値マトリクスと受け持つ階調値の関係は、階調値間の相性を考慮して設計された。しかしながら、必ずしも、階調の相性を考慮していなくても、階調間の距離が離れていればある階調値に対してより好適なドットパターンを自由に作成できる。そのため、閾値マトリクスが受け持つ階調群に連続しない階調を含むように設計しただけでも、ドットパターンの粒状性に対して効果がある。

また、前述の実施例では、Ｎ枚の閾値マトリクスと階調との対応をテーブルとして保持しておき参照した。しかしながら、（階調値％Ｎ）のような演算によって階調に応じて閾値マトリクスを特定することも可能である。

また、前述の実施例では、記録媒体の同一領域に対して、１回の記録により画像を形成するためのハーフトーン画像データを生成した。しかしながら、本件は、記録媒体の同一領域に対して複数回の記録により画像を形成するマルチパス記録方式にも適用できる。各走査に対応するデータを生成する公知な方法と合わせて本発明を実施すればよい。

また、前述の実施例では、単色の場合について説明したが、画像形成装置が、カラー画像を記録する場合にも適用できる。その場合、色分解処理部２０４から各色の色分解後データが出力される。各色の色分解データに対してハーフトーン処理を行い、画像形成装置１０９に出力すればよい。

本発明は、上述した実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても実現できる。この場合、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）がコンピュータが読み取り可能に記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することにより、上述した実施例の機能を実現する。

Claims (16)

1. 画像を構成する各画素に対して閾値マトリクスを用いてハーフトーン処理することによりドットパターンを表すデータに変換する画像処理装置であって、
   閾値の配置が異なる複数の閾値マトリクスを保持する保持手段と、
   前記画像を構成する注目画素の階調を表す画素値に応じて、前記複数の閾値マトリクスから１つの閾値マトリクスを選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択された閾値マトリクスにおいて、前記注目画素に対応する閾値と前記注目画素の画素値を比較することにより、前記注目画素の画素値を２値化するためのハーフトーン処理を実行するハーフトーン処理手段を有し、
   前記複数の閾値マトリクスは、第１の閾値マトリクスと、前記第１の閾値マトリクスとは異なる第２の閾値マトリクスを含み、
   階調Ｎ，階調Ｎ＋α、階調Ｎ＋β、階調Ｎ＋γ（Ｎは０か自然数のうちいずれかであり、α、β、γは自然数かつα＜β＜γを満たす）について、前記階調Ｎと前記階調Ｎ＋βは第１の閾値マトリクスに対応づけられ、前記階調Ｎ＋α、前記階調Ｎ＋γは第２の閾値マトリクスに対応づけられていることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記複数の閾値マトリクスそれぞれに対応する階調群は、各階調を表すドットパターンにおけるドット間距離に基づいて決められることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記画像を構成する画素位置のうち少なくとも１つの画素では、画素値が階調Ｎ＋βである場合に対応する閾値よりも、画素値が階調Ｎ＋γである場合に対応する閾値の方が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. 前記複数の閾値マトリクスそれぞれは、互いに異なる階調を対応付けられていることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記第１の閾値マトリクスは、前記階調Ｎを表す最適化されたドットパターンと前記階調Ｎ＋βを表す最適化されたドットパターンに基づいて生成され、前記第２の閾値マトリクスは、前記階調Ｎ＋αを表す最適化されたドットパターンと前記階調Ｎ＋γを表す最適化されたドットパターンに基づいて生成されていることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
6. 前記選択手段は、前記画像を構成する各画素の画素値が取り得る範囲の各階調と、対応する閾値マトリクスとを示すテーブルに基づいて閾値マトリクスを選択することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
7. 前記第１の閾値マトリクスが対応する階調群に含まれるいくつかの階調は、周期的であることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
8. 前記複数の閾値マトリクスの数は、前記画像を構成する画素の画素値のビット数をｎとするとき、（２＾ｎ−１）／ｎ個より少ないことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の画像処理装置。
9. 前記閾値マトリクスは、分散型であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の画像処理装置。
10. 前記閾値マトリクスは、ブルーノイズ特性を持ったマトリクスであることを特徴とする請求項９に記載の画像処理装置。
11. 画像を構成する各画素に対して閾値マトリクスを用いてハーフトーン処理することによりドットパターンを表すデータに変換する画像処理装置であって、
    閾値の配置が異なる複数の閾値マトリクスを保持する保持手段と、
    前記複数の閾値マトリクスにおいて、注目画素に対応する閾値と前記注目画素の階調を表す画素値を比較することにより、前記注目画素の２値化結果を複数出力するハーフトーン処理手段を有し、
    前記画像を構成される注目画素の画素値に基づいて、前記複数の２値化結果から１つ選択して前記注目画素の出力値を決定する選択手段とを有し、
    前記複数の閾値マトリクスは、第１の閾値マトリクスと、前記第１の閾値マトリクスとは異なる第２の閾値マトリクスを含み、
    階調Ｎ，階調Ｎ＋α、階調Ｎ＋β、階調Ｎ＋γ（Ｎは０か自然数のうちいずれかであり、α、β、γは自然数かつα＜β＜γを満たす）について、前記階調Ｎと前記階調Ｎ＋βは第１の閾値マトリクスに対応づけられ、前記階調Ｎ＋α、前記階調Ｎ＋γは第２の閾値マトリクスに対応づけられていることを特徴とする画像処理装置。
12. 前記画像処理装置によって生成されたドットパターンに基づいて、画像を形成する形成手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の画像形成装置。
13. 前記形成手段は、インクを記録媒体上に塗布することにより画像を形成するインクジェット方式であることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
14. コンピュータに読み込ませ実行させることで、前記コンピュータを請求項１乃至１１の何れか一項に記載された画像処理装置として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
15. 画像を構成する各画素に対して閾値マトリクスを用いてハーフトーン処理することによりドットパターンを表すデータに変換する画像処理方法であって、
    閾値の配置が異なる複数の閾値マトリクスを保持し、
    前記画像を構成する注目画素の階調に応じて、前記複数の閾値マトリクスから１つの閾値マトリクスを選択し、
    前記選択された閾値マトリクスにおいて、前記注目画素に対応する閾値と前記注目画素の画素値を比較することにより、２値化し、
    前記複数の閾値マトリクスは、第１の閾値マトリクスと、前記第１の閾値マトリクスとは異なる第２の閾値マトリクスを含み、
    階調Ｎ，階調Ｎ＋α、階調Ｎ＋β、階調Ｎ＋γ（Ｎは０か自然数のうちいずれかであり、α、β、γは自然数かつα＜β＜γを満たす）について、前記階調Ｎと前記階調Ｎ＋βは第１の閾値マトリクスに対応づけられ、前記階調Ｎ＋α、前記階調Ｎ＋γは第２の閾値マトリクスに対応づけられていることを特徴とする画像処理方法。
16. 画像を構成する各画素に対して閾値マトリクスを用いてハーフトーン処理することによりドットパターンを表すデータに変換する画像処理方法であって、
    閾値の配置が異なる複数の閾値マトリクスを保持し、
    前記複数の閾値マトリクスにおいて、注目画素に対応する閾値と前記注目画素の階調を表す画素値を比較することにより、前記注目画素の２値化結果を複数出力するハーフトーン処理を実行し、
    前記画像を構成される注目画素の画素値に基づいて、前記複数の２値化結果から１つ選択して前記注目画素の出力値を決定し、
    前記複数の閾値マトリクスは、第１の閾値マトリクスと、前記第１の閾値マトリクスとは異なる第２の閾値マトリクスを含み、
    階調Ｎ，階調Ｎ＋α、階調Ｎ＋β、階調Ｎ＋γ（Ｎは０か自然数のうちいずれかであり、α、β、γは自然数かつα＜β＜γを満たす）について、前記階調Ｎと前記階調Ｎ＋βは第１の閾値マトリクスに対応づけられ、前記階調Ｎ＋α、前記階調Ｎ＋γは第２の閾値マトリクスに対応づけられていることを特徴とする画像処理方法。

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