JPH0131753B2 - - Google Patents

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JPH0131753B2
JPH0131753B2 JP56027760A JP2776081A JPH0131753B2 JP H0131753 B2 JPH0131753 B2 JP H0131753B2 JP 56027760 A JP56027760 A JP 56027760A JP 2776081 A JP2776081 A JP 2776081A JP H0131753 B2 JPH0131753 B2 JP H0131753B2
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JP
Japan
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dither
small
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dither matrix
matrices
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Canon Inc
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/40—Picture signal circuits
    • H04N1/405—Halftoning, i.e. converting the picture signal of a continuous-tone original into a corresponding signal showing only two levels
    • H04N1/4055—Halftoning, i.e. converting the picture signal of a continuous-tone original into a corresponding signal showing only two levels producing a clustered dots or a size modulated halftone pattern

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Facsimile Image Signal Circuits (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえばフアクシミリ等の原稿画像
を電気信号として読み取り、該電気信号を処理す
る画像信号処理装置に関し、前記原稿の中間調画
像を表現するための手段としてのデイザ法を用い
た画像信号処理装置に関するものである。
従来たとえば白または黒の如く、記録部分と非
記録部分の２値しか表現できない画像再生装置に
おいて、中間調を表現する方法としてデイザ法が
良く知られている。この方法は、ビデオ信号をコ
ンパレータで２値化する際に、単に固定した基準
電圧と比較するのでなく、たとえば16段階に順次
変化する基準電圧と比較することにより、白黒の
面積比が16段階の組み合わせができることから、
人間の目の積分効果により平均濃度レベルとして
16段階の中間調が表現できる事を利用している。
前記16段階の基準電圧の配置は人間の目の積分効
果を利用するので、外周の長さが最小になる様に
配置する。すなわち、１画素が正方形の場合は正
方形に配置する。従つてそれぞれが16段階の重み
を取り得る４画素×４画素のマトリクスを得る。
これをデイザマトリクスと呼ぶ。その４画素×４
画素のデイザマトリクスに適当な順序で16段階の
重みを割り振れば、一様な濃度の中間調に対し白
黒の面積比で、16通りの組合せが得られ、すなわ
ち16階調の再生画像が得られる。ところで前述の
４画素×４画素の16画素に16段階の重みを割り振
る方法は数学的には 16C16＝16！ (1) ≒２×1013 種類もの組合せが考えられるが、その中で原理的
に最も良い配列の１つと思われるのは、ジユデイ
スの提案する方法で、空間周波数がなるべく高く
なる様な配列を示している。それは、ｎを２のべ
き乗の数とした時のｎ×ｎのデイザマトリクス
Dnは で与えられる。ここにUnはすべての要素が１の
ｎ×ｎマトリクスである。
これはやはり人間の目の積分効果を考えて得ら
れた方法で、原稿が比較的高い空間周波数で階調
変化する場合でも再現性は良い。しかし、この方
法は、プリンタが１画素１画素を確実に印字でき
ない時は階調特性が劣化する。
すなわち、ナイキスト周波数の２倍の空間周波
数において、プリンタのMTFが、1.0に達しない
場合はプリントの反射濃度特性は理論値 Ｄ＝−ln１／Pe-B＋（１−Ｐ）e-w (4) からずれて来る。ここにＤは反射濃度、Ｂは黒レ
ベル反射濃度、Ｗは白レベル反射濃度、Ｐは黒画
素の存在する確率である。
プリンタの最小ドツトの印字能力が悪い場合、
階調表現を最も良くする方法はジユデイスの方法
とはまつたく逆にデイザマトリクスの空間周波数
がなるべく低くなる様な順番に重みを配列するこ
とである。そうすると再生画像に含まれる高空間
周波数成分の画像の出現頻度が少なくなり、ほと
んどプリンタのMTFが良好な部分のみを使用す
ることになるので、階調特性は改善される。この
方法で得た再生画像は新聞の綱点の様な形状にな
るので疑似綱点方式と呼ばれている。この様にプ
リンタの最小ドツトの印字能力が悪い場合に階調
性の向上と、分解能の向上とは互いに相反する性
質となり、従来、両者を満足するデイザマトリク
スの配列方法は見い出されなかつた。
又、デイザ法の改良形としてB.E.Bayer：“AN
OPTIMUM METHOD FOR TWO−LEVEL
RENDITION OF CONTINUOUS−TONE
PICTURES” IEEE Int.Conf.on
Communications 1973、Vol、１、pages 26−
11〜26−15の如き文献や特開昭56−117478号公報
が提案されている。上述したB.E.Bayerの文献に
は複数の小デイザマトリクスを組合せたデイザマ
トリクスを用いることにより画像を再現する手法
が開示されているが、同じ閾値配列の小デイザマ
トリクスを複数個使用しているため十分な階調性
を得ることができなかつた。又、特開昭56−
117478号公報には、平均値の異なるデイザブロツ
クを組合せることにより画質の向上を図つた手法
が開示されているが、最も低い平均値のデイザブ
ロツクとその次に低い平均値のデイザブロツクが
面接触した構成を採つているため画像再生の際に
黒点の出力位置が片寄よつてしまい十分な分解能
を得ることができなかつた。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので階調性
及び分解能共に優れた再生画像を得ることができ
る画像信号処理装置を提供するものである。
すなわち本発明は、ビデオ信号を入力するビデ
オ信号入力手段と、前記ビデオ信号入力手段より
入力したビデオ信号を所定のデイザマトリクスを
繰返し用いて中間調処理し、２値化する２値化手
段とを備えた画像信号処理装置において、前記所
定のデイザマトリクスを互いに平均値の異なる４
個の小デイザマトリクスに分割するとともに前記
４個の小デイザマトリクスの各々はそのデイザ値
が面接触しながら増加するパターンとなるように
デイザ値を配置し、更に前記４個の小デイザマト
リクスの内、最も低い平均値の小デイザマトリク
スとその次に低い平均値の小デイザマトリクスが
面接触しない様に前記４個の小デイザマトリクス
を配置した画像信号処理装置を提供するものであ
る。
第１図は本発明による画像処理装置のブロツク
図の一例である。同図において、図示しない光源
によつて照らされた原稿１は、レンズ２を介して
固体撮像素子３の受光面上に結像している。固体
撮像素子３は水平同期信号φXによつて全フオト
ダイオードをリセツトし、転送クロツクφTによ
つて順次ビデオ信号を転送する。４はビデオアン
プで、ビデオ信号を所望の大きさに増幅する。５
はＡ−Ｄ変換器で入力されたアナログビデオ信号
をたとえば64段階に量子化するためのＡ−Ｄ変換
器で、従つて出力線は６本である。第１図におい
て、結線の近くに添えた括弧内の数字は結線の本
数である。量子化されたビデオ信号はコンパレー
タ６に印加される。
コンパレータ６のもう一方の入力端子には
ROM７の中にあらかじめ書き込まれたスレツシ
ヨールドレベルを示すデイザデータが印加され、
前記ビデオ信号と大小比較して、ビデオ信号の方
が大であれば、出力端子８をハイレベルにする。
図示しないプリンタでは、この出力端子８の出力
がハイレベルの時黒をプリントし、ロウレベルの
時は白をプリントする。すなわちプリンタでは白
か黒の二値のみをプリントし、中間調はプリトし
ない。一方ROM７はたとえば６本のアドレス線
を周期的に初換えることにより、デイザデータを
発生している。６本のアドレス線のうち３本はＨ
カウンター９に接続され、転送クロツクφTをカ
ウントしている。Ｈカウンターは８進カウンター
で、従つてROM７は８画素毎に同じ値をくり返
し出力する。また前記ROM７の残りの３本のア
ドレス線はＶカウンター１０に接続され、水平周
期信号φXをカウントしている。Ｖカウンターは
８進カウンターで、従つてROM7は８ライン毎
に同じく値をくり返し出力する。Ｈカウンター及
びＶカウンターの組合せにより、８×８画素のデ
イザを碁盤の目の様にくり返し敷きつめた形のデ
イザを得ることができる。
第２図にプリンタのMTF特性の一例を示す。
図において横軸は入力画像信号の周波数に相当す
る画像の空間周波数を正視化した正規化空間周波
数を示し、縦軸は解像度MTFを示す。ここでfN
は入力画像信号をある周期でサンプリングした場
合に、サンプリングデータからもとの画像信号を
復調することができる入力画像信号の最高周波数
であり、ナイキスト周波数と呼ばれる。これによ
ると、ナイキスト周波数fNにおいてMTFは0.5に
低下し、2fNに至つてはほとんど解像していない
が、0.5fNは十分解像できる事を示している。従
つて、４×４画素を最小単位として行なうデイザ
は、いかなる形式のデイザでも理論通りの階調特
性を示すが、４×４画素よりも小さい領域につい
ては隣り合つた画素の濃淡が混ざり合い、平均濃
度を表現する様になる。従つて、４×４画素より
小さい領域の階調特性はアナログ特性に近付く。
もしプリンターの現象プロセスに、静電記録方式
を用いていれば、その階調特性の直線性は(4)式に
くらべると良くないから４×４画素より小さい領
域の階調特性は劣化する。この様な欠点を防ぐた
めには、デイザ値が低空間周波数となる様に配列
されたデイザマトリクスを用いる事である。たと
えば第３図に示す様な順序でデイザを決定するこ
とである。すなわち中心に最も近いスレツシヨル
ドレベルを配置し、ここから順にうず巻き状に数
値を決めて行く。この様なデイザで一様な中間調
を読み取ると、４×４画素の中心から次第に黒く
なる画像がくり返す画像で中間調が表現される。
この時その黒点のくり返し周期は４画素毎に１回
であるから、その正規化空間周波数は0.5fNのま
まで、従つて階調特性は劣化しない。
一方４×４画素より大きな領域についてはどの
様なデイザでも(4)式の理論値に忠実に再現される
ので、前述の様な配慮は必要ない。むしろ人間の
目の積分効果を期待して、デイザは高い空間周波
数となる様に配置するのが望ましい。４×４画素
を最小単位の小デイザマトリクスとすると、次に
大きなデイザマトリクスは８×８画素で、その中
に４×４画素の小デイザマトリクスが４個含まれ
る。小デイザマトリクスを構成する16個のスレツ
シヨルドレベルの平均値を、第４図の矢印の様な
順序でならべてスレツシヨルドレベルを決めるこ
とによつて、高い空間周波数を有するデイザマト
リクスとなる。すなわち第４図の如く４個の小デ
イザマトリクスの内、最も低い平均値の小デイザ
マトリクスとその次に低い平均値の小デイザマト
リクスが面接触しない様に４個のデイザマトリク
スを配置すれば高い空間周波数を有するデイザマ
トリクスとなる。従つて小デイザマトリクスを１
つの画素単位として第４図の様に配置し、各４×
４画素の中味については第３図の様にデイザを決
めれば、階調性の向上と分解能の向上との互いに
相反する問題が解決できる。
第５図に具体的なデイザマトリクスの配置の一
例を示す。数値は２進数を10進数に変えて表示し
てある。第５図は、６ビツト64階調の内で１から
４段階毎に第３図の順序でスレツシヨルドレベル
を決めていつた小デイザマトリクスである。第６
図、第７図及び第８図は同様にそれぞれ２、３及
び４から４段階毎に第３図の順序でスレツシヨル
ドレベルを決めていつた小デイザマトリクスであ
る。第５図〜第８図の小デイザマトリクスのスレ
ツシヨルドレベル（デイザ値）の平均値は、従つ
て図面番号順に高くなつている。これらを今度は
第４図の手順に従つて配置したのが第９図に示す
状態である。４個の小デイザマトリクスを結合し
て、第１０図に示す８×８画素のデイザマトリク
スを得る。第１０図のデイザマトリクスは64段階
のスレツシヨルドレベルが１度づつ現われるので
本質的には64階調の表現能力を有する。他の方法
によつて作つた64階調のデイザマトリクスにくら
べて、第１０図のデイザマトリクスを用いて複写
再生したプリント出力は次の様な特徴を有する。
１ 凝似綱点の空間周波数のスペクトル分布は、
ナイキスト周波数の1/2の周波数（0.5fN）に集
中して現われ、それ以外の空間周波数では急激
に少なくなる。すなわち綱点のピツチは４画素
である。
そのため階調表現能力は64階調のままで16階調
相当の解像度のよいデイザをかけることができ、
従来からあつた階調性の向上と分解能の向上とい
う互いに相反する問題を解決できる。
なお本発明の一応用例として64階調の場合を説
明したが特に64階調に限ることはなく、また階調
数とマトリツクスサイズを一致させる必要もな
い。さらに第３図においては右回りにうず巻き状
に広がるパターンを示したが、各画素が面接触し
ながら広がるパターンであれば他の図形であつて
も良い。また、各画素及びデイザマトリクスは正
方形の場合を説明したが、必ずしも正方形である
必要はない。さらに第１図においてビデオ信号と
スレツシヨルドレベルとの比較はデジタル領域で
行なつたが、アナログ領域で行なつても良い。ま
た第１０図において、スレツシヨルドレベルは、
１から64まで１回ずつ出現するが、ある値を間引
き、逆に別の値を２回以上用いることによつて累
積密度分布を変え、γ特性を変化させても良い。
さらに第１０図において、スレツシヨルドレベル
が１及び１に近い値または64及び64に近い値は原
稿が白黒の画像の時は不都合な事が多いので、そ
れらのスレツシヨルドレベルを使わない形式であ
つても良い。
以上説明した様に本発明によれば階調性及び分
解能共に優れた高品位の再生出力を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による二値化回路のブロツク
図、第２図はプリンターのMTF特性の一例を示
す図、第３図は最小単位のデイザの配列順序を示
す図、第４図はデイザ全体の配列順序を示す図、
第５図〜第８図は小デイザマトリクスを示す図、
第９図は第５図〜第８図の小デイザマトリクスを
組み合わせた例を示す図、第１０図は完成したデ
イザマトリクスを示す図である。 図において１は原稿、３は固体撮像素子、５は
Ａ−Ｄ変換器、７はデイザデータを格納した
ROMを夫々示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ビデオ信号を入力するビデオ信号入力手段
    と、前記ビデオ信号入力手段より入力したビデオ
    信号を所定のデイザマトリクスを繰返し用いて中
    間調処理し、２値化する２値化手段とを備えた画
    像信号処理装置において、 前記所定のデイザマトリクスを互いに平均値の
    異なる４個の小デイザマトリクスに分割するとと
    もに前記４個の小デイザマトリクスの各々はその
    デイザ値が面接触しながら増加するパターとなる
    ようにデイザ値を配置し、 更に前記４個の小デイザマトリクスの内、最も
    低い平均値の小デイザマトリクスとその次に低い
    平均値の小デイザマトリクスが面接触しない様に
    前記４個の小デイザマトリクスを配置したことを
    特徴とする画像信号処理装置。
JP56027760A 1981-02-27 1981-02-27 Video signal processor Granted JPS57142072A (en)

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JP56027760A JPS57142072A (en) 1981-02-27 1981-02-27 Video signal processor
US06/349,168 US4517605A (en) 1981-02-27 1982-02-16 Image signal processing apparatus
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DE3207079A DE3207079C2 (de) 1981-02-27 1982-02-26 Bildsignalverarbeitungsgerät

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