JP6630086B2 - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法及びプログラムに関するものである。

文字、グラフィック、写真、イメージ等を含んだドキュメントの印刷を行う際、一般に、写真領域には低線数スクリーンを用いた画像形成が行われ、文字領域には高線数スクリーンを用いた画像形成が行われている。低線数スクリーンを用いる場合、形成されるドットが大きく安定しているため、階調性の安定した画像形成が可能であるとともに、粒状度（がさつき）を抑えた画像形成が可能である。このため、写真領域の画像形成には低線数スクリーンを使用することが好まれている。一方、高線数スクリーンを用いる場合、形成されるドットが細かいため、細部の表現が可能である。このため、細線領域や文字領域の画像形成には高線数スクリーンを使用することが好まれている。

特許文献１には、文字や写真等の各オブジェクトに対して、スクリーン角度が同一であり、かつ、スクリーン線数が互いに整数倍の関係にある複数のスクリーンから選択したスクリーンを用いてスクリーン処理を実行する技術が開示されている。特許文献１では、オブジェクトごとにスクリーン線数が切り替えられた場合であっても、スクリーン処理後に良好な圧縮処理を行えるようにしている。

特開２００７−１２４０８６号公報

低線数スクリーンを用いた画像形成と高線数スクリーンを用いた画像形成とを比較すると、高線数スクリーンを用いた場合の方が、画像形成時の現像剤（トナー）の消費量が少ないことが明らかとなっている。これは、高線数スクリーンによって形成されるドットは、低線数スクリーンにより形成されるドットよりも光学的ドットゲインが高く、同じ量のトナーを用いたとしても、低線数スクリーンよりも高い濃度を表現できるためである。

このため、ランニングコストの削減のためには、文字領域だけでなく写真領域に対しても高線数スクリーンを適用することが望まれる。しかし、画像の低濃度部分（ハイライト部分）に高線数スクリーンを適用した場合、形成されるドットが小さく安定性が低いため、形成される画像の階調性が劣化する。したがって、高線数スクリーンの適用によってトナー消費量を削減しながら、低線数スクリーンを適用した場合と同程度の安定した階調性を実現することは困難であった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものである。本発明は、画像の低濃度部分（ハイライト部分）には低線数スクリーンを適用して安定した階調性を維持しつつ、画像の高濃度部分には高線数化したスクリーンを適用してトナー消費量の削減を可能にするための技術を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、画像処理装置として実現できる。本発明の一態様に係る画像処理装置は、複数の閾値を含むディザマトリクスを用いて画像データにスクリーン処理を行うことで、当該スクリーン処理後の画像を生成する生成手段と、印刷手段に、前記スクリーン処理後の画像をシートに印刷させる制御手段と、を有し、前記ディザマトリクスによって表されるスクリーンは、ハーフトーンのドットが生成される中心位置をそれぞれ示す第１の成長点及び第２の成長点を有し、前記スクリーン処理後の画像において、所定濃度よりも低い濃度を有する第１の領域が、前記第１の成長点を中心とする第１のドットであって、濃度の増加に従って前記第１の成長点の画素から周囲の画素へ拡大する第１のドットで表されており、前記第１の領域において前記第１のドットが第１のスクリーン線数及び第１のスクリーン角度を有するように前記ディザマトリクスの前記複数の閾値が配置されており、前記スクリーン処理後の画像において、前記所定濃度以上の濃度を有する第２の領域が、前記第１の成長点を中心とする前記第１のドットと、当該第１の成長点と隣接する前記第２の成長点を中心とする第２のドットであって、前記所定濃度からの濃度の増加に従って前記第２の成長点の画素から周囲の画素へ拡大する第２のドットとで表されており、前記第２の領域において前記第１のドット及び前記第２のドットが前記第１のスクリーン線数より高い第２のスクリーン線数を有し、かつ、前記第１のスクリーン角度とは所定角度異なる第２のスクリーン角度を有するように前記ディザマトリクスの前記複数の閾値が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、画像の低濃度部分（ハイライト部分）には低線数スクリーンを適用して安定した階調性を維持しつつ、画像の高濃度部分には高線数化したスクリーンを適用してトナー消費量の削減が可能になる。

画像処理システムの概略的な構成例を示すブロック図。 画像形成装置の概略的な構成例を示す断面図。 画像処理部の構成例を示すブロック図。 スクリーン処理の例を説明するための図。 ディザマトリクスの生成方法を説明するための図。 第１実施形態に係るディザマトリクスの生成手順を示すフローチャート。 第２成長点の位置の決定方法を説明するための図。 成長点切り替え用の閾値を説明するための図。 成長点切り替え用の閾値を説明するための図。 成長点切り替え用の閾値を説明するための図。 高線数化による省トナー効果を説明するための図。 ブラック色のトナーの濃度とトナー消費量の関係を示したグラフ。 第２実施形態に係るディザマトリクスの生成手順を示すフローチャート。 ディザマトリクスの生成方法を説明するための図。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

［第１実施形態］
＜画像処理システム＞
図１は、第１の実施形態に係る画像処理システムの概略的な構成例を示すブロック図である。図１に示すように、画像処理システムは、ホストコンピュータ１と、ネットワークを介してホストコンピュータ１と通信可能な画像形成装置２とで構成される。画像形成装置２は、コントローラ２１と、コントローラ２１によって制御されるプリントエンジン２２とを備えている。なお、本実施形態では、画像形成装置２は、印刷対象の画像データにスクリーン処理を行う画像処理装置の一例として機能する。

ホストコンピュータ１は、一般的なＰＣ（パーソナルコンピュータ）やＷＳ（ワークステーション）等のコンピュータである。ホストコンピュータ１によって作成された画像データまたは文書データは、ＰＤＬ（Page Description Language、ページ記述言語）で記述された印刷データとして画像形成装置２へ送信される。なお、ＰＤＬは、印刷対象または表示対象となる「ページ」に関して、文字または図形をどのように配置するかを指定するためのプログラム言語である。

コントローラ２１は、ホストコンピュータ１及びプリントエンジン２２と接続されている。コントローラ２１は、ホストコンピュータ１からネットワークを介して印刷対象の印刷データを受信し、当該受信した印刷データを、プリントエンジン２２における印刷（画像形成）用の画像データに変換する。更に、コントローラ２１は、得られた画像データをプリントエンジン２２へ出力する。プリントエンジン２２は、コントローラ２１から出力された画像データに基づいて印刷処理を行う。なお、画像形成装置２に画像読取装置（図示せず）が接続されている場合には、画像読取装置から、原稿画像の読取処理によって得られた画像データが印刷対象の画像データとしてコントローラ２１へ入力されてもよい。

（コントローラ２１）
コントローラ２１は、図１に示すように、内部バス１０７を介して互いに接続された、ホストインタフェース（Ｉ／Ｆ）部１０１、ＣＰＵ１０２、ＲＡＭ１０３、ＲＯＭ１０４、画像処理部１０５、及びエンジンＩ／Ｆ部１０６を備える。

ホストＩ／Ｆ部１０１は、ホストコンピュータ１から送信された印刷データを受信するためのネットワークＩ／Ｆとして機能する。例えば、イーサネット（登録商標）Ｉ／Ｆ、シリアルＩ／Ｆ、またはパラレルＩ／Ｆである。ＣＰＵ１０２は、ＲＡＭ１０３またはＲＯＭ１０４に格納されているプログラム及びデータを用いて、コントローラ２１及び画像形成装置２全体を制御するとともに、後述する各種処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０２が各種の処理を実行する際に用いるワークエリアを備えている。ＲＯＭ１０４には、ＣＰＵ１０２によって用いられるプログラム及びデータ、並びにコントローラ２１用の設定データ等の、種々のデータが格納されている。

コントローラ２１は、印刷データを受信すると、当該印刷データの内容を解釈し、当該印刷データをビットマップデータに変換するラスタライズ処理を行うことで、ＲＧＢ色空間における各色成分の画像データ及び属性データを生成する。画像データは、色成分ごとに、１画素につき８ビット（２５６階調）の値を有する。属性データは、オブジェクトの属性（文字、線、図形、イメージ等）を表す値を有している。

画像処理部１０５は、ＣＰＵ１０２による制御下で、入力される画像データに対して、プリントエンジン２２において印刷を行うための印刷用画像処理を行うことで、印刷用の画像データを生成する。エンジンＩ／Ｆ部１０６は、プリントエンジン２２に対するＩ／Ｆとして機能し、コントローラ２１からプリントエンジン２２への印刷用の画像データの転送制御を行う。

＜画像形成装置＞
図２は、画像形成装置２の構成例を示す断面図である。画像形成装置２は、単色画像を形成する画像形成装置であってもよいが、ここでは、複数色のトナー（現像剤）を用いて所定の解像度（例えば、６００ｄｐｉ）で多色画像を形成する画像形成装置を想定する。画像形成装置２は、例えば、印刷装置、プリンタ、複写機、複合機（ＭＦＰ）、及びファクシミリ装置のいずれであってもよい。

画像形成装置２は、イエロー（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、ブラック（Ｋ）色の４色のトナーを用いてトナー画像を形成する４つの画像形成ステーションを備えている。図２では、Ｙ色のステーションの構成部品にのみ参照番号を付与しているが、４つのステーションはいずれも同一の構成を採用可能である。なお、各ステーションは、プリントエンジン２２に相当し、感光ドラム２０１や中間転写ベルト２０７等の像担持体にトナーを用いて画像を形成する画像形成手段として機能する。

感光ドラム（感光体）２０１は、静電潜像及びトナー画像を担持する円筒状の像担持体であり、図２に示す矢印方向に回転する。感光ドラム２０１の外周面に対向して、一次帯電器２０２、露光装置２０３、現像装置２０４、及びクリーニング装置２０５が配置されている。また、中間転写ベルト２０７を介して感光ドラム２０１と対向する位置には、一次転写ローラ２０６が配置されている。

一次帯電器２０２は、回転する感光ドラム２０１を一様に帯電させる。露光装置２０３は、画像データ（画像情報）に基づいて変調したレーザ光（光ビーム）を出力し、感光ドラム２０１の表面をレーザ光で走査する。これにより、感光ドラム２０１上に静電潜像が形成される。現像装置２０４は、トナーを用いて静電潜像を現像し、感光ドラム２０１上にトナー画像を形成する。一次転写ローラ２０６は、感光ドラム２０１上のトナー画像を中間転写ベルト２０７に一次転写する。なお、中間転写ベルト２０７へのトナー画像の転写後に感光ドラム２０１の表面に残留したトナーは、クリーニング装置２０５によって除去される。

中間転写ベルト２０７は、図２に示す矢印方向に回転している。中間転写ベルト２０７上のトナー画像は、中間転写ベルト２０７と二次転写スローラ２１２とによって形成された二次転写部へ搬送される。その間、各ステーションの感光ドラム２０１上に形成された各色のトナー画像が順に中間転写ベルト２０７上に重ね合わせて一次転写されることで、多色のトナー画像が中間転写ベルト２０７上に形成される。

給紙カセット２２０内のシートは、給紙ローラによってシート搬送路へ給紙される。シートは、記録紙、記録材、記録媒体、用紙、転写材、転写紙等と称されてもよい。シート搬送路へ給紙されたシートは二次転写部へ搬送される。二次転写部において、中間転写ベルト２０７によって搬送されてきたトナー画像がシートに二次転写される。定着装置２３０は、トナー画像に熱及び圧力を加えて、シート上に定着させる。その後、トナー画像が定着したシートは排紙トレイ２４０へ排紙される。

＜画像処理部＞
図３（Ａ）は、本実施形態に係る画像処理部１０５の構成例を示すブロック図である。画像処理部１０５は、パラメータ格納部３０１、閾値決定部３０２、ディザマトリクス生成部３０３、ディザマトリクス格納部３０４、色変換部３０５、ガンマ補正処理部３０６、及びスクリーン処理部３０７を備えている。画像処理部１０５は、印刷対象の画像データに対して印刷用の画像処理を行う。

パラメータ格納部３０１には、スクリーン処理に関連するパラメータが格納され、本実施形態では、ディザマトリクス生成部３０３によって使用されるスクリーン線数及びスクリーン角度が格納される。パラメータ格納部３０１に格納されるスクリーン線数及びスクリーン角度は、ユーザによって指定された値であってもよいし、予め定められた値であってもよい。

閾値決定部３０２は、パラメータ格納部３０１に格納された、スクリーン線数及びスクリーン角度を取得し、後述する方法で、成長点切り替え用の閾値を決定する。

ディザマトリクス生成部３０３は、パラメータ格納部３０１から読み出したスクリーン線数及びスクリーン角度と、閾値決定部３０２から入力された成長点切り替え用の閾値とに基づいて、ディザマトリクスを生成する。ディザマトリクス生成部３０３は、生成したディザマトリクスをディザマトリクス格納部３０４に格納する。

色変換部３０５は、ＲＡＭ１０３から読み出した画像データに対して色変換処理を行う。この色変換処理では、色変換用ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いた処理及びマトリックス演算によって、画像データが、ＲＧＢ色空間の画像データが、ＣＭＹＫ色空間における各色成分の画像データ（濃度を示す階調値）に変換される。変換後の画像データは、一時的にバッファ（図示せず）へ格納される。

ガンマ補正処理部３０６は、色変換部３０５から入力される画像データに対してガンマ補正処理を行う。ガンマ補正処理では、シートに画像が形成（転写）された際に当該画像の濃度特性が所望の特性となるよう、一次元ＬＵＴを用いて画像データが補正される。本実施形態では、一例として、線形な形状の補正特性を有する一次元ＬＵＴが用いられ、この場合、入力値がそのまま出力されることになる。ただし、ガンマ補正処理部３０６で用いられる一次元ＬＵＴは、プリントエンジン２２の状態の変化に応じてＣＰＵ１０２によって書き換えられる。ガンマ補正処理部３０６は、ガンマ補正処理後の画像データを、スクリーン処理部３０７へ出力する。

スクリーン処理部３０７は、入力された画像データに対してスクリーン処理を行い、スクリーン処理後の画像データを出力する。スクリーン処理部３０７から出力された画像データは、プリントエンジン２２の露光装置２０３へ送られ、シートへの画像形成に用いられる。

＜スクリーン処理＞
次に、図４を参照して、スクリーン処理部３０７によって行われるスクリーン処理（２値化処理）について説明する。スクリーン処理とは、画像データを、連続階調から面積階調（即ち、単位面積当たりの、トナーを付着させる（トナーで着色する）領域の面積とトナーを付着させない（トナーで着色しない）領域の面積との比で表現された階調）に変換する処理である。スクリーン処理には、ディザマトリクスが用いられ、当該ディザマトリクスによって、処理対象となる画像データの各画素の画素値の２値化が行われる。ディザマトリクスは、入力画像の画素値（濃度）の増加に従ったスクリーンの成長を表す閾値テーブルに相当する。

図４は、スクリーン処理の対象となる画像データ４０１、スクリーン処理に用いるディザマトリクス４０２、スクリーン処理によって得られたスクリーン画像データ４０３が示されている。スクリーン処理部３０７は、画像データ４０１が入力されると、当該画像データの各画素に注目し、当該注目画素の画素値と、ディザマトリクス格納部３０４に格納されたディザマトリクス４０２の、当該注目画素に対応する閾値との比較を行う。スクリーン処理部３０７は、その比較の結果に従って、注目画素の画素値として、０または最大階調値を出力する。

具体的には、上記の比較の結果、画像データ４０１の注目画素の画素値がディザマトリクス４０２の閾値を上回る場合には、スクリーン画像データ４０３の注目画素の画素値は最大階調値となる。一方、画像データ４０１の注目画素の画素値がディザマトリクス４０２の閾値以下である場合には、スクリーン画像データ４０３の注目画素の画素値は０となる。図４に示す例では、各画素の画素値が１３０である画像データ４０１に対する、ディザマトリクス４０２を用いたスクリーン処理の結果、各画素の画素値が対応する閾値を上回る場合には、スクリーン画像データ４０３の対応する画素の画素値は２５５となる。一方、各画素の画素値が対応する閾値以下である場合には、スクリーン画像データ４０３の対応する画素の画素値は０となる。

本実施形態では、ディザマトリクス生成部３０３が、スクリーン処理部３０７で用いるディザマトリクスに含まれる各閾値を変化させることで、スクリーン処理によって得られるスクリーン画像データに従って表現される画像（スクリーン画像）を変化させることができる。

＜ディザマトリクス生成処理＞
次に、図５を参照して、ディザマトリクス生成部３０３で行われるディザマトリクス生成処理について具体的に説明する。図５は、ディザマトリクス生成処理に従って生成されるディザマトリクスに基づくスクリーンの成長例を示す図である。本実施形態では、ディザマトリクス生成部３０３が生成するディザマトリクスによって表現されるスクリーンは、２種類の成長点を有することを特徴とする。ここで、成長点とは、スクリーンのドットを生成する位置を示し、ドットを生成する際に当該ドットの中心となる位置を示す。入力画像の画素値（濃度）の増加に従って成長点の周囲の画素をトナーの付着対象（トナーによる着色対象）にすることで、当該成長点を中心としてドットが拡大し、即ち、スクリーンが成長する。

まず、ディザマトリクス生成部３０３は、パラメータ格納部３０１に格納されたスクリーン線数及びスクリーン角度を取得し、第１成長点の位置（座標）を決定する。ディザマトリクス生成部３０３は、更に、閾値決定部３０２から、成長点切り替え用の閾値を取得する。本実施形態では、パラメータ格納部３０１に格納されているスクリーン線数は１３４線、スクリーン角度は７２度（−１８度）であるものとし、これらの値がディザマトリクス生成部３０３によるディザマトリクス生成処理に用いられるものとする。ディザマトリクス生成部３０３は、取得したスクリーン線数及びスクリーン角度を表現する、スクリーンの成長点群を決定し、決定したスクリーン成長点群の座標を、第１成長点群の座標として決定する。

次に、ディザマトリクス生成部３０３は、以下の３つの条件を満たすように第２成長点の座標を決定する。
（第１条件）第２成長点の座標は、第１成長点の座標と異なる座標であること。
（第２条件）第２成長点の座標は、第１成長点群と第２成長点群とによって表されるスクリーンのスクリーン線数が、第１成長点群によって表されるスクリーンのスクリーン線数の２^1/2倍となる座標であること。
（第３条件）第２成長点の座標は、第１成長点群と第２成長点群とによって表されるスクリーンのスクリーン角度が、第１成長点群によって表されるスクリーンのスクリーン角度に４５度を加算して得られる角度となる座標であること。

本実施形態では、図５（Ａ）は、第１成長点群と第２成長点群とによって表されるスクリーンを示している。図５（Ａ）に示すスクリーンでは、第１成長点群及び第２成長点群は、スクリーン線数が１９０線（≒１３４線×２^1/2）、スクリーン角度が１１７度（＝７２度＋４５度）（２７度）のスクリーンにおける中心となるように、第２成長点を決定する。

次に、ディザマトリクス生成部３０３は、決定した第１成長点を中心としてドットが拡大してスクリーンが成長するように、ディザマトリクスの閾値を設定する。本実施形態では、図５（Ａ）に示すスクリーンが、入力画像の画素値の増加に伴って図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すような成長を行うように、ディザマトリクスの閾値を設定する。

その後、ディザマトリクス生成部３０３は、入力画像の画素値が、閾値決定部３０２によって決定された成長点切り替え用の閾値を上回ると、スクリーンの成長点が第１成長点から第２成長点に変化するように、ディザマトリクスの閾値を設定する。本実施形態では、図５（Ｃ）に示すスクリーンが、図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）に示すように、第２成長点を中心としたドットの拡大により成長するように、ディザマトリクスの閾値を設定する。

＜ディザマトリクス生成処理の手順＞
図６は、本実施形態のディザマトリクス生成部３０３によって実行されるディザマトリクス生成処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態ではＮ階調（例えば、１画素８ビットに対応するＮ＝２５６）のディザマトリクスを生成する。なお、図６に示す各ステップの処理は、ＣＰＵ１０２がＲＯＭ１０４に格納された制御プログラムを読み出して実行することによって、画像形成装置２において実現される。

Ｓ１０１で、ディザマトリクス生成部３０３は、パラメータ格納部３０１から取得したスクリーン線数及びスクリーン角度に基づいて、第１成長点及び第２成長点の座標を決定する。次に、Ｓ１０２で、ディザマトリクス生成部３０３は、決定した第１成長点を中心としてドットが生成されるように、ディザマトリクスの閾値を設定する。更に、ディザマトリクス生成部３０３は、Ｓ１０３において入力画像の画素値を１ずつ増加させながら、第１成長点を中心としてドットが拡大（成長）してスクリーンが成長するよう、ディザマトリクスの閾値を設定する。ディザマトリクス生成部３０３は、このような処理を、Ｓ１０４において入力画像の画素値が成長点切り替え用の閾値を上回ったと判定するまで繰り返す。

ディザマトリクス生成部３０３は、入力画像の画素値が成長点切り替え用の閾値を上回ると、Ｓ１０５で、スクリーンの成長点が第１成長点から第２成長点に変化して、第２成長点を中心としてドットが生成されるように、ディザマトリクスの閾値を設定する。更に、ディザマトリクス生成部３０３は、Ｓ１０６において入力画像の画素値を１ずつ増加させながら、第２成長点を中心としてドットが拡大（成長）してスクリーンが成長するよう、ディザマトリクスの閾値を設定する。ディザマトリクス生成部３０３は、このような処理を、Ｓ１０７において入力画像の画素値が階調値の増減（最大階調値）を上回ったと判定するまで繰り返す。Ｓ１０７で、ディザマトリクス生成部３０３は、画素値が最大階調値を上回ったと判定すると、ディザマトリクス生成処理を終了する。

＜第２成長点の位置（座標）の決定＞
次に、図７を参照して、ディザマトリクス生成部３０３による、第２成長点の位置（座標）の決定方法について説明する。図７（Ａ）は、第１成長点のみを有する（第１成長点のみにドットが生成された）スクリーン画像、及び当該スクリーン画像の周波数特性を示す図である。また、図７（Ｂ）は、第１成長点及び第２成長点を有する（第１成長点及び第２成長点にドットが生成された）スクリーン画像、及び当該スクリーン画像の周波数特性を示す図である。

上述のように、ディザマトリクス生成部３０３は、入力画像の画素値が成長点切り替え用の閾値を上回ると、成長点を第１成長点から第２成長点へ変化させるディザマトリクスを生成する。このとき、第２成長点の位置を適切に決定しないと、混色モアレのような画質劣化が生じる原因になりうる。混色モアレは、多色画像を形成する場合に、異なる２つの色（例えば、Ｂ色とＣ色）のスクリーンが干渉することで生じる擬似的な模様に相当する。

図７（Ａ）に示す、第１成長点のみを有するスクリーン画像は、上述のようにパラメータ格納部３０１に格納されたスクリーン線数（＝１３４線）及びスクリーン角度（＝７２度）のスクリーン画像である。このスクリーン画像の周波数特性には、スクリーン線数が１３４線、スクリーン角度が７２度のスクリーンの周波数成分だけでなく、スクリーン線数が１９０線、スクリーン角度が２７度のスクリーンの周波数成分も元々含まれている。

本実施形態では、ディザマトリクス生成部３０３は、図７（Ｂ）に示す、第１成長点及び第２成長点を有するスクリーン画像が、図７（Ａ）に示す、第１成長点のみを有するスクリーン画像と異なる周波数成分を有しないように、第２成長点の座標を決定する。具体的には、図７（Ｂ）に示す例では、第１成長点及び第２成長点に基づくスクリーンの周波数成分が、スクリーン線数が１９０線、スクリーン角度が２７度のスクリーンの周波数成分となるように、第２成長点を決定する。

このようにして第２成長点の座標を決定することで、成長点が第１成長点から第２成長点へ変化しても、成長点の変化後のスクリーン画像は、成長点の変化前のスクリーン画像と異なる周波数成分を含むことがなくなる。これにより、成長点の変化によって新たなモアレ成分が生じることを防ぎ、上述の画質劣化が生じる原因となるのを防止できる。

＜成長点切り替え用の閾値の決定＞
次に、図８乃至図１０を参照して、閾値決定部３０２による、成長点切り替え用の閾値の決定方法について説明する。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すスクリーン画像をシートに印刷する際に感光ドラム２０１に形成される静電潜像を示している。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すスクリーン画像をシートに印刷する際に感光ドラム２０１に形成される静電潜像を示している。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示すスクリーン画像をシートに印刷する際に感光ドラム２０１に形成される静電潜像を示している。

露光装置２０３による露光に用いられる光線の径は、通常、１画素分の面積を十分にカバーするために、１画素の１辺よりも長くなっている。このため、図８（Ａ）に示す、１画素のみを着色する（トナーの付着対象とする）スクリーン画像の印刷を行う場合、感光ドラム２０１上では、図８（Ｂ）に示す領域８０１の範囲にトナーが付着するよう、露光が行われ、静電潜像が形成される。このとき、感光ドラム２０１では、領域８０１だけでなく領域８０１の周囲のトナーが付着しない画素（領域８０２の範囲内の画素）も、露光によって電位が変化（上昇）する。

本実施形態では、閾値決定部３０２は、感光ドラム２０１に形成される静電潜像の上述の電位特性を利用して、成長点切り替え用の閾値を決定する。ここで、図９は、第１成長点にドットが生成されたスクリーンに対応しており、図１０は、図９より成長が進んだ（ドットが拡大した）スクリーンに対応している。また、図９及び図１０には、第２成長点の位置を示している。図９（Ｂ）と図１０（Ｂ）とを比較すると、第１成長点のドットが拡大することによって、第２成長点に隣接する画素の電位が上昇している。これは、第１成長点のドットの範囲だけでなく、その周囲の画素にも静電潜像が形成される（即ち、電位が変化する）ためである。

この場合、図９に示す状態で（第１成長点から第２成長点への）成長点の切り替えを行うよりも、図１０に示す状態で成長点の切り替えを行う方が、第２成長点に安定してドットを形成することが可能である。これは、感光ドラム２０１上の第２成長点の位置における静電潜像の電位は、図９（Ｂ）に示す状態よりも図１０（Ｂ）に示す状態の方が高く、静電潜像の電位が高いほど、トナーが安定して付着する（静電潜像が安定して現像される）ためである。

このため、閾値決定部３０２は、図９に示すスクリーン画像よりも、第２成長点において安定してスクリーンを成長させることが可能な図１０に示すスクリーン画像に対応する（入力画像の）画素値を、成長点切り替え用の閾値として決定すればよい。即ち、閾値決定部３０２は、第１成長点にドットを形成する際に、感光ドラム２０１上（像担持体上）で第２成長点に形成される静電潜像の電位に基づいて、成長点切り替え用の閾値を決定すればよい。

このようにして決定された成長点切り替え用の閾値を用いて上述のディザマトリクス生成処理を実行することによって、階調性の安定したスクリーンを生成可能である。画像のハイライト部分に適用するスクリーンは、低線数スクリーンとして成長するため、安定した階調性を維持することが可能である。また、閾値を上回る濃度部分に適用するスクリーンは、感光ドラム２０１上の第２成長点の位置の電位が比較的上昇した状態で高線数化されるため、安定した階調性を維持しながらトナー消費量の削減が可能である。

＜省トナー効果＞
次に、図１１及び図１２を参照して、本実施形態による省トナー効果について説明する。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、２画素分のドットをそれぞれ異なる位置に配置した画像データと、当該画像データに従ってシート上に各画素をトナーによって形成（着色）した様子を示している。上述のように、電子写真方式の画像形成（印刷）では、１画素をトナーで着色する場合、シート上（感光ドラム２０１上）では、１画素よりも広い範囲にトナーが付着する。このため、図１１（Ａ）に示すように隣接した２画素をトナーによって着色する場合、シート上（感光ドラム２０１上）でトナーが付着する範囲に画素間で重複が生じる。一方、図１１（Ｂ）に示すように離れた２画素をトナーによって着色する場合、シート上でトナーが付着する範囲にそのような重複は生じない。

図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）を比較すると、シート上でトナーが付着する面積が広い図１１（Ｂ）の方が、形成される画素の濃度が高くなる。したがって、同じ画素数のドットを形成する場合、トナーによって着色された画素が互いに隣接しないように（即ち、着色された画素の周長がより長くなるように）、各画素を配置することによって、より高い濃度でシート上に画素を形成できることになる。

また、低線数スクリーン（図１１（Ａ）に対応）と高線数スクリーン（図１１（Ｂ）に対応）とを比較すると、低線数スクリーンの成長は、成長点の数が少ないものの、各成長点で生成されるドットが大きいという特徴を有している。一方、高線数スクリーンの成長は、成長点の数が多く、各成長点で生成されるドットが小さいという特徴を有している。このため、高線数スクリーンによれば、同じトナー量で、低線数スクリーンよりも高い濃度の画素を形成することができる。このように、同じトナー量でより高い濃度の画素を形成できるということは、同じ濃度の画素をより少ないトナー量で形成することができることを意味する。したがって、高線数スクリーンによれば、低線数スクリーンよりも少ないトナー量で、同じの濃度の画素を形成することができ、即ち、トナー消費量を削減することが可能である。

本実施形態では、入力画像の画素値が、成長点切り替え用の閾値を上回ると、成長点が第１成長点から第２成長点に変化し、第２成長点を中心としたドットが生成されることでスクリーンが成長する。このように、成長点の変化によって、それまでに生成及び拡大された第１成長点群を中心としたドットに加えて、第２成長点群を中心としたドットが生成されることによって、スクリーン画像が高線数化される。

ここで、図１２は、本実施形態に係るスクリーン処理を適用してＫ色のトナーを用いて画像形成を行う場合の、トナーの濃度とトナーの消費量との関係を示す図である。なお、図１２には、スクリーン線数が１３４線のスクリーン（ディザマトリクス）を用いるスクリーン処理を適用して画像形成を行う場合の特性を比較例として示している。また、トナー消費量は、最大階調値（ベタ黒）に対応するトナー消費量で正規化されている。本実施形態の特性を比較例の特性と比較すると、入力画像の画素値が成長点切り替え用の閾値を上回る領域において、比較例よりもトナー消費量が少なくなっている。即ち、本実施形態によれば、成長点切り替え用の閾値を上回る画素値に対応する、比較的高い濃度の画素を形成する際に、スクリーン画像の高線数化によってトナー消費量を削減することが可能である。

以上説明したように、本実施形態では、ディザマトリクス生成部３０３はまず、パラメータ格納部３０１に格納された、予め定められたスクリーン線数及びスクリーン角度に基づいて、スクリーン処理に用いるスクリーンを成長させるための成長点を決定する。具体的には、ディザマトリクス生成部３０３は、低線数スクリーンを生成するためのドットを生成する位置を示す第１成長点と、第１成長点によって表されるスクリーンを高線数化するためのドットを生成する位置を示す、第１成長点と異なる第２成長点とを決定する。更に、ディザマトリクス生成部３０３は、決定した第１成長点及び第２成長点に基づいて、スクリーン処理に用いるスクリーンを生成する。当該スクリーンは、入力画像の画素値の増加に従って、第１成長点を中心として生成したドットを成長させ、当該画素値が閾値を上回ると、成長点を第１成長点から第２成長点に切り替えて、画素値の増加に従って、第２成長点を中心として生成したドットを成長させるスクリーンとして生成される。スクリーン処理部３０７は、ディザマトリクス生成部３０３によって生成されたスクリーンを用いて、印刷対象の画像データにスクリーン処理を行う。

本実施形態によれば、印刷対象の画像の低濃度部分（ハイライト部分）には低線数スクリーンを適用して安定した階調性を維持することが可能である。更に、印刷対象の画像の高濃度部分には高線数化したスクリーンを適用してトナー消費量を削減することが可能になる。

本実施形態では、形成対象の画像が単色画像である場合のスクリーン処理について説明してきたが、形成対象の画像が混色画像（多色画像）である場合のスクリーン処理についても同様に実現できる。入力画像の画素値の増加に従ってスクリーンが成長し、成長点が第１成長点から第２成長点へ変化しても、上述のように、成長点の変化に起因して新たな周波数成分が発生することはない。したがって、混色画像を形成する場合にも、本実施形態によれば、新たな混色モアレ成分の原因となる周波数成分を発生させることはなく、各色に対応するスクリーンの高線数化を行うことが可能である。

［第２実施形態］
第１実施形態では、第１成長点群及び第２成長点群によって表されるスクリーンのスクリーン線数が、第１成長点群によって表されるスクリーンのスクリーン線数の２^1/2倍となるように、第２成長点群の位置を決定している。これにより、第１成長点群及び第２成長点群によって表されるスクリーンが、第１成長点群のみによって表されるスクリーンと異なる周波数成分を有しないようにすることで、成長点の変化によって混色モアレが生じることを防いでいる。一方で、形成対象の画像が単色画像である場合には、形成される画像に混色表現が存在しないため、階調性の安定よりもトナー消費量の抑制を重要視すべきであろう。このため、画像の低濃度部分（ハイライト部分）では、安定した階調性を実現するスクリーンを適用しつつ、中濃度から高濃度部分では、階調性を損なわない程度に、可能な限り高線数化したスクリーンを適用することが望ましい。

そこで、第２実施形態では、形成対象の画像が単色画像であるか否か（単色画像であるか混色画像であるか）を判定する。単色画像が形成される場合には、画素値の増加に従って、整数倍のスクリーン線数でスクリーンを表現するように成長点を追加することで、スクリーンを高線数化する。以下では、説明の簡略化のため、第１実施形態と共通する説明を省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する。

図３（Ｂ）は、本実施形態に係る画像処理部１０５の構成例を示すブロック図であり、第１実施形態（図３（Ａ））と比較すると、単色／混色判定部３０８が追加されている。本実施形態では、パラメータ格納部３０１に、単色（Ｂ色）のスクリーンについての第１成長点のスクリーン線数として１０６線、スクリーン角度として４５度が格納されているものとする。

単色／混色判定部３０８は、入力画像が単色画像であるか混色（多色）画像であるか（単色画像であるか否か）を判定し、その判定結果を、ディザマトリクス生成部３０３へ出力する。ディザマトリクス生成部３０３は、入力画像が混色画像である場合には、第１実施形態のようにスクリーン（ディザマトリクス）を生成する一方、入力画像が単色画像である場合には、以下のようにしてスクリーンを生成する。

具体的には、ディザマトリクス生成部３０３は、第１成長点群から第Ｍ成長点群（Ｍは２以上の整数）によって表されるスクリーンが、第１成長点群によって表されるスクリーンのスクリーン線数の整数倍のスクリーン線数、及び第１成長点群によって表されるスクリーンのスクリーン角度と同一のスクリーン角度のスクリーンとなるよう、第１成長点以外の各成長点の位置（座標）を決定する。本実施形態では、例えば、第１成長点群、第２成長点群、第３成長点群及び第４成長点群によって、２１２線４５度のスクリーンを表現できるように、第２成長点、第３成長点及び第４成長点のそれぞれの位置（座標）を決定する。

図１３は、本実施形態のディザマトリクス生成部３０３によって実行されるディザマトリクス生成処理の手順を示すフローチャートである。なお、図１３に示す各ステップの処理は、ＣＰＵ１０２がＲＯＭ１０４に格納された制御プログラムを読み出して実行することによって、画像形成装置２において実現される。

Ｓ２０１で、ディザマトリクス生成部３０３は、パラメータ格納部３０１から取得したスクリーン線数及びスクリーン角度と、単色／混色判定部３０８から取得した判定結果とに基づいて、第１成長点から第Ｍ成長点までの座標を決定する。なお、カウンタｍは１に設定される。次に、Ｓ２０２で、ディザマトリクス生成部３０３は、決定した第ｍ成長点を中心としてドットが生成されるように、ディザマトリクスの閾値を設定する。更に、ディザマトリクス生成部３０３は、Ｓ２０３において入力画像の画素値を１ずつ増加させながら、第１成長点を中心としてドットが拡大（成長）してスクリーンが成長するよう、ディザマトリクスの閾値を設定する。ディザマトリクス生成部３０３は、このような処理を、Ｓ２０４において入力画像の画素値が階調値の増減（最大階調値）を上回ったと判定するか、Ｓ２０５において入力画像の画素値が成長点切り替え用の閾値を上回ったと判定するまで繰り返す。

Ｓ２０４で、ディザマトリクス生成部３０３は、ディザマトリクス生成部３０３は、画素値が最大階調値を上回ったと判定すると、ディザマトリクス生成処理を終了する。また、Ｓ２０５で、ディザマトリクス生成部３０３は、入力画像の画素値が成長点切り替え用の閾値を上回ると、Ｓ２０６で、ｍを１増加させ、スクリーンの成長点の切り替えを行う。その後、ディザマトリクス生成部３０３は、処理をＳ２０２へ戻し、第ｍ＋１成長点を中心としてドットが生成されるように、ディザマトリクスの閾値を設定し、Ｓ２０３以降の処理を再び行う。

図１４は、本実施形態のディザマトリクス生成処理に従って生成されるディザマトリクスに基づくスクリーンの成長例を示す図である。図１４（Ａ）は、第１成長点群によって表されるスクリーンを示しており、当該スクリーンのスクリーン線数は１０６線、スクリーン角度は４５度である。これらの値は、パラメータ格納部３０１に予め格納されたスクリーン線数及びスクリーン角度に相当する。また、図１４（Ｂ）は、第１成長点群及び第２成長点群、図１４（Ｃ）は、第１成長点群、第２成長点群及び第３成長点群、図１４（Ｄ）は、第１成長点群、第２成長点群、第３成長点群及び第４成長点群によって表されるスクリーンを示している。

図１４に示す例では、第１成長点群、第２成長点群、第３成長点群及び第４成長点群によって表されるスクリーンのスクリーン線数が２１２線、スクリーン角度が４５度となるように、閾値決定部３０２によって成長点切り替え用の閾値が決定される。具体的には、閾値決定部３０２は、各成長点において生成されるドットの形状が、２画素×２画素のドットとなるように、閾値を決定している。なお、ディザマトリクス生成部３０３は、第４成長点までの成長点で２画素×２画素のドットが生成されたら、成長点を第１成長点に戻して、４画素分のドットを成長させてもよい。

本実施形態では、画像の低濃度部分（ハイライト部分）に低線数スクリーンを適用することで、ハイライト部分において安定した濃度の表現を可能にしている。更に、各成長点で２画素×２画素のドットを生成し、かつ、線数が整数倍となるように、第Ｍ成長点まで成長点を追加しながらスクリーン成長を行っている。これにより、可能な限り高線数化したスクリーンの適用を可能にすることによって、階調性を保ち、かつ、トナー消費量を抑えながら、高濃度部分の画像形成を行うことが可能である。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

３０１：パラメータ格納部、３０２：閾値決定部、３０３：ディザマトリクス生成部、３０４：ディザマトリクス格納部、３０５：色変換部、３０６：ガンマ補正処理部、３０７：スクリーン処理部

Claims (17)

1. 画像処理装置であって、
   複数の閾値を含むディザマトリクスを用いて画像データにスクリーン処理を行うことで、当該スクリーン処理後の画像を生成する生成手段と、
   印刷手段に、前記スクリーン処理後の画像をシートに印刷させる制御手段と、を有し、
   前記ディザマトリクスによって表されるスクリーンは、ハーフトーンのドットが生成される中心位置をそれぞれ示す第１の成長点及び第２の成長点を有し、
   前記スクリーン処理後の画像において、所定濃度よりも低い濃度を有する第１の領域が、前記第１の成長点を中心とする第１のドットであって、濃度の増加に従って前記第１の成長点の画素から周囲の画素へ拡大する第１のドットで表されており、前記第１の領域において前記第１のドットが第１のスクリーン線数及び第１のスクリーン角度を有するように前記ディザマトリクスの前記複数の閾値が配置されており、
   前記スクリーン処理後の画像において、前記所定濃度以上の濃度を有する第２の領域が、前記第１の成長点を中心とする前記第１のドットと、当該第１の成長点と隣接する前記第２の成長点を中心とする第２のドットであって、前記所定濃度からの濃度の増加に従って前記第２の成長点の画素から周囲の画素へ拡大する第２のドットとで表されており、前記第２の領域において前記第１のドット及び前記第２のドットが前記第１のスクリーン線数より高い第２のスクリーン線数を有し、かつ、前記第１のスクリーン角度とは所定角度異なる第２のスクリーン角度を有するように前記ディザマトリクスの前記複数の閾値が配置されている
   ことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記第１の成長点は、予め定められたスクリーン線数及びスクリーン角度である、前記第１のスクリーン線数及び前記第１のスクリーン角度を有するスクリーンを表す成長点として定められており、
   前記第２の成長点は、前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンが、前記第１の成長点によって表されるスクリーンに含まれる周波数成分と異なる周波数成分を含まないように定められている
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンの前記第２のスクリーン線数が、前記第１の成長点によって表されるスクリーンの前記第１のスクリーン線数の√２倍となり、かつ、前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンの前記第２のスクリーン角度が、前記第１の成長点によって表されるスクリーンの前記第１のスクリーン角度に４５度を加算して得られる角度となるように、前記第２の成長点が定められている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 前記スクリーン処理に用いられる前記ディザマトリクスは、前記第１の成長点を中心としたドットを生成し、前記スクリーン処理の対象となる画像データの画素値の増加に従って、前記第１の成長点を中心として生成したドットを拡大させ、当該画素値が所定の閾値を上回ると、前記第２の成長点を中心としたドットを更に生成し、前記画素値の増加に従って、前記第２の成長点を中心として生成したドットを拡大させるスクリーンを表す
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
5. 前記所定の閾値は、前記第１の成長点を中心として生成されるドットを印刷する際に像担持体上に静電潜像を形成することによって変化する、前記像担持体上の前記第２の成長点における電位に基づいて定められている
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記スクリーン処理の対象となる画像データが単色画像の画像データであるか否かを判定する判定手段を更に有し、
   前記スクリーン処理の対象となる画像データが単色画像の画像データであると前記判定手段によって判定されると、前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンの前記第２のスクリーン線数が、前記第１の成長点によって表されるスクリーンの前記第１のスクリーン線数の整数倍となり、かつ、前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンの前記第２のスクリーン角度が、前記第１の成長点によって表されるスクリーンの前記第１のスクリーン角度と等しくなるよう、前記第２の成長点が定められる
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
7. 前記所定の閾値は、前記第１の成長点及び前記第２の成長点に生成されるドットの形状に基づいて定められている
   を特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
8. 前記複数の閾値のそれぞれは、前記画像データの画素値を２値化するための閾値であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
9. 画像処理方法であって、
   複数の閾値を含むディザマトリクスを用いて画像データにスクリーン処理を行うことで、当該スクリーン処理後の画像を生成する生成工程と、
   印刷手段に、前記スクリーン処理後の画像をシートに印刷させる制御工程と、を有し、
   前記ディザマトリクスによって表されるスクリーンは、ハーフトーンのドットが生成される中心位置をそれぞれ示す第１の成長点及び第２の成長点を有し、
   前記スクリーン処理後の画像において、所定濃度よりも低い濃度を有する第１の領域が、前記第１の成長点を中心とする第１のドットであって、濃度の増加に従って前記第１の成長点の画素から周囲の画素へ拡大する第１のドットで表されており、前記第１の領域において前記第１のドットが第１のスクリーン線数及び第１のスクリーン角度を有するように前記ディザマトリクスの前記複数の閾値が配置されており、
   前記スクリーン処理後の画像において、前記所定濃度以上の濃度を有する第２の領域が、前記第１の成長点を中心とする前記第１のドットと、当該第１の成長点と隣接する前記第２の成長点を中心とする第２のドットであって、前記所定濃度からの濃度の増加に従って前記第２の成長点の画素から周囲の画素へ拡大する第２のドットとで表されており、前記第２の領域において前記第１のドット及び前記第２のドットが前記第１のスクリーン線数より高い第２のスクリーン線数を有し、かつ、前記第１のスクリーン角度とは所定角度異なる第２のスクリーン角度を有するように前記ディザマトリクスの前記複数の閾値が配置されている
   ことを特徴とする画像処理方法。
10. 前記第１の成長点は、予め定められたスクリーン線数及びスクリーン角度である、前記第１のスクリーン線数及び前記第１のスクリーン角度を有するスクリーンを表す成長点として定められており、
    前記第２の成長点は、前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンが、前記第１の成長点によって表されるスクリーンに含まれる周波数成分と異なる周波数成分を含まないように定められている
    ことを特徴とする請求項９に記載の画像処理方法。
11. 前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンの前記第２のスクリーン線数が、前記第１の成長点によって表されるスクリーンの前記第１のスクリーン線数の√２倍となり、かつ、前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンの前記第２のスクリーン角度が、前記第１の成長点によって表されるスクリーンの前記第１のスクリーン角度に４５度を加算して得られる角度となるように、前記第２の成長点が定められている
    ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の画像処理方法。
12. 前記スクリーン処理に用いられる前記ディザマトリクスは、前記第１の成長点を中心としたドットを生成し、前記スクリーン処理の対象となる画像データの画素値の増加に従って、前記第１の成長点を中心として生成したドットを拡大させ、当該画素値が所定の閾値を上回ると、前記第２の成長点を中心としたドットを更に生成し、前記画素値の増加に従って、前記第２の成長点を中心として生成したドットを拡大させるスクリーンを表す
    ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の画像処理方法。
13. 前記所定の閾値は、前記第１の成長点を中心として生成されるドットを印刷する際に像担持体上に静電潜像を形成することによって変化する、前記像担持体上の前記第２の成長点における電位に基づいて定められている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の画像処理方法。
14. 前記スクリーン処理の対象となる画像データが単色画像の画像データであるか否かを判定する判定工程を更に有し、
    前記スクリーン処理の対象となる画像データが単色画像の画像データであると前記判定工程で判定されると、前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンの前記第２のスクリーン線数が、前記第１の成長点によって表されるスクリーンの前記第１のスクリーン線数の整数倍となり、かつ、前記第１の成長点及び前記第２の成長点によって表されるスクリーンの前記第２のスクリーン角度が、前記第１の成長点によって表されるスクリーンの前記第１のスクリーン角度と等しくなるよう、前記第２の成長点が定められている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の画像処理方法。
15. 前記所定の閾値は、前記第１の成長点及び前記第２の成長点に生成されるドットの形状に基づいて定められている
    を特徴とする請求項１４に記載の画像処理方法。
16. 前記複数の閾値のそれぞれは、前記画像データの画素値を２値化するための閾値であることを特徴とする請求項９から１５のいずれか１項に記載の画像処理方法。
17. 請求項９から１６のいずれか１項に記載の画像処理方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。