JPH05308514A - 画素値量子化方法 - Google Patents
画素値量子化方法Info
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- H04N1/4053—Halftoning, i.e. converting the picture signal of a continuous-tone original into a corresponding signal showing only two levels producing a dispersed dots halftone pattern, the dots having substantially the same size by error diffusion, i.e. transferring the binarising error to neighbouring dot decisions with threshold modulated relative to input image data or vice versa
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Abstract
いて画素値を量子化する方法を提供する。 【構成】 各入力画素には、対応するエラー値εが加算
器10で入力値In,H に加算される。入力画素とそれ以
前の画素値のエラー値との和である修正画像(In,H +
εn,H )は、しきい値比較器14へ転送され、しきい値
Tn,H と比較されて、画素In,H の出力値Bn,H を算定
する。出力画素Bn,H が決定され、出力画像格納部16
へ伝送されてライン18に沿って出力を外部へと転送す
ると、Bn,H の値が修正画像値(In,H +εn,H )から
減算されて画素In,H からエラーレベルεm が生成され
る。εm は、修正画像値(In,H +εn,H )とエラー端
数算定ブロック24に格納される出力値Bn,H との差で
ある。エラー端数算定ブロック24では、エラーレベル
値εm の重み部分が計算され、エラー遅延バッファー2
8の更新に使用される。
Description
レンジとエッジが強化されたエラー拡散と共にハーフト
ーニングを用いるグレーデータの量子化に関する。
ト−ホフマン及びブリンダル(Billotet-Hoffmann and B
ryngdahl) によってSID公報、24/3号(1983
年)、253−258頁に記述されている(以下ビロテ
ット−ホフマン及びブリンダルの方法と呼ぶ)。そこで
は、ディザーマトリックスがエラー拡散のしきい値とし
て使われており、一般的にエラー拡散アルゴリズムで作
成される不都合なパターンの問題を軽減している。しか
しながら、ビロテット−ホフマン及びブリンダルの方法
では、提起されたしきい値修正の最大ダイナミックレン
ジが、a=1(前記SID公報の257頁)と設定され
ている。
ムの使用における問題点は、多くのタイプのプリンター
では印刷できない隔離された白と黒の画素の内少なくと
も一方が多数発生することである。しかし、ビロテット
−ホルマン及びブリンダルの方法では、普通のエラー拡
散アルゴリズムの印刷能力を改善することはできない。
この印刷能力の問題を克服する方法が米国特許第4、6
54、721号で教示され、連続トーン画像を2レベル
の画素画像に変換する方法が示されている。1個のハー
フトーンセル内で発生したエラー全体が、予め決められ
た数の隣接ハーフトーンセルへ分配されるようになって
いる。この方法では、固定出力ドットパターンの間を変
化させることにより、バンドディスクアーチファクトが
減少される一方で、印刷可能な画像が生成される。しか
し、シャープネスの欠陥として現れるこの処理固有の部
分的ドット欠落があるため、エッジ検出と(画像の)鮮
鋭化が含まれる。同様に、IBMのR&Dレポート、第
31巻1号、1987年1月発行、のゴーゼルらの論文
「IBM4250型プリンターでのデジタルハーフトー
ニング」を参照のこと。さらにまた、米国特許出願第0
7/583、337号や同第07/775、201号で
も、隣接セル間でのエラー拡散を利用して連続トーン画
像をマルチレベル画素画像に減らすという同様の方法の
使用が教示されている。
と、画素の値が比較的多数の入力レベルのうちの一つを
有するグレー画素値は、エラー拡散量子化処理によっ
て、比較的少数の値のうちの一つに変換される。グレー
レベルデータの各画素は、以前に処理された画素からの
1個または複数の対応する重み付きエラー補正成分
(項)により修正されて、修正画素値を作成する。この
修正画素値はしきい値と比較される。しきい値は、
(1)ディザーマトリックスから作成された、1より大
きいダイナミックレンジをもつ値(ただし、入力画像の
可能なダイナミックレンジは1とする)と、(2)エッ
ジ強化係数を表す定数値によって又はエラー拡散のため
のエッジ強化方法のいずれかによって乗算され、しきい
値化される画素の値と、を基にして適切に決定される。
修正画素値と出力画素値との差の値は、エラーとみなさ
れて、重み付け分配方法に従って未処理の隣接画素の集
合に分配されて、それら画素のグレー値を増減させる。
本明細書で使用する「光学濃度」とは、画像データを構
成する値の集合、光濃度、強度、明度又は画像データ表
示で説明される他の物理的量をいう。
濃度を表し、所望のd個の光学濃度値の出力集合よりメ
ンバの数が多いc個の元の光学濃度値の集合の内の1つ
から選択された対応する元の光学濃度値を有し、またそ
れに対応したダイナミックレンジを有している、複数の
画素から形成される元の画像内の画素値を量子化する方
法であって、各画素値について、修正画素値を算出する
ため予め決められたエラー成分を元の光学濃度値に加算
するステップと、量子化される画素について、量子化さ
れる画素の元の光学濃度の関数であるしきい値レベル
と、元の画像のダイナミックレンジより大きなダイナミ
ックレンジをもつしきい値の集合から選択されるしきい
値とを算定するステップと、d個の光学濃度値の出力集
合の各メンバが規定出力値であって、所望の出力集合の
メンバである光学濃度出力値を生成するため、算定され
たしきい値レベルを画像内の各画素の各光学濃度値に適
用するステップと、画素の光学濃度出力値と光学濃度修
正値との差であるエラー成分を算定するステップと、算
定されたエラー成分の比例量を所定の隣接画素の集合の
それぞれの元の光学濃度値に適用するステップと、から
成る画素値量子化方法。
内の位置での画像の光学濃度を表し、d個の光学濃度値
の所望の出力集合よりメンバの数が多いc個の元の光学
濃度値の集合の1つから選択された対応する元の光学濃
度値を有している、複数の前記画素から形成される画像
内の画素値を量子化する方法は、少なくとも1個の前の
画素の量子化処理で派生するエラー成分(項)の和と元
の光学濃度値とを加算して加算エラーを反映する修正濃
度値を算出するステップと、d個の光学濃度値の出力集
合の各メンバが規定出力値であり、しきい値決定が入力
画像の関数として算出され、ディザーマトリックスしき
い値の集合が元の光学濃度値のダイナミックレンジより
大きなダイナミックレンジをもつように、所望の出力集
合のメンバである新たな光学濃度値を生成するため、し
きい値算定を修正された元の画像における各画素の各光
学濃度修正値に適用するステップと、新たな光学濃度出
力値と光学濃度修正値との差であるエラー成分を算定す
るステップと、現在の画素以外の画素で生成された前記
画素への端数エラー割付を考慮して、比例量のエラー成
分を隣接画素の所定の集合の各々の元の光学濃度値に適
用するステップと、から成る。
マン及びブリンダルの方法と違って、画素単位でエラー
拡散を計算するが、同時に、ディザーマトリックスをそ
の処理に適用することにより印刷可能となり、ダイナミ
ックレンジが入力のダイナミックレンジより明らかに大
きくなる。さらに、米国特許第5、045、952号記
載の方法を利用すれば、画像シャープネスが維持でき
る。本方法によって可能になる画素単位の処理は、画素
レベル上での画像の詳細がより明白に表されるという理
由で、好適である。
示されている。この実施例では、画像入力部8からのグ
レーレベル画像データは画面データとしての特性をも
ち、その画面内の各画素が光学濃度レベルの集合におい
て単一レベルつまり光学濃度として定義されており、レ
ベルの集合におけるメンバの数は所望の数よりも多い。
各画素は下記の方法で処理されて、新しく、さらに小さ
なレベルの集合によって再定義される。ここで、カラー
データは、独立して処理される個々のチャネルの数によ
って表されるか、あるいはまた、RGBやCIELab
などの所定の色空間でのベクトルデータとして表現され
る。ベクトルデータは、ベクトル演算されてしきい値算
定、エラー計算、訂正される。その方法の一般的なケー
スでは、バイナリープリンターでの印刷のために、比較
的大きな集合のグレーレベル値から1個または2個の規
定、即ち、許容バイナリー値へのデータ変換が含まれ
る。また別のケースでは、赤、緑、及び青またはシア
ン、マジェンタ、イェロー及び黒で表される比較的大き
な集合のカラーデータ値から、印刷用の5個の規定バイ
ナリー値の一つへとデータ変換される。
は、H(図面上イタリックの体のl(エル)を表す)数
のラインのアレイに配列されたグレー値(グレーレベル
画素)の集合で表され、各ラインは深さbでn個のグレ
ー値を含んでいる。グレー値は一般的に整数で表され、
例えば、0から255までの範囲が適当であるが、それ
より大きいまたは小さいレベルの数であってもよいし、
整数でなくても構わない。出力画像は多数の画素で構成
され、各画素がデジタルプリンターあるいはディスプレ
イで印刷される出力要素に対応している。本実施例で使
われているディザーマトリックスは、画像の所定領域の
画素に対応する位置に定義されたしきい値の集合に関す
る。概して、ディザーマトリックスは全体画像より小さ
くて、画像の一領域をカバーするよう、所定の技法で複
製されている。ディザーマトリックスとその複製技法に
より可変角度ハーフトーンセルを効率よく表現する方法
は、米国特許第4、149、194号に記述されてい
る。ディザーマトリックスを使った処理の出力は、入力
値の集合よりメンバの数が少ない画素値の集合となる。
一般的に、出力画素値の集合は、白か黒、あるいは点か
無点のどちらかを示すバイナリー値であるが、米国特許
出願第07/583、337号に記述されているように
グレー値でもよい。ディザー出力値、即ち、白または黒
の画素の集合は、一緒に「ドット」を形成する。白また
は黒の単一の画素は、それぞれ白または黒の画素に囲ま
れているため、電子写真装置では印刷するのが困難であ
る。このため、電子写真使用の標準ディザーマトリック
スは画素を密集させる傾向があって、その結果、現像パ
ターンはハイフトーンセルの中央部で始まり、セルの多
数の素子が黒となるにつれて成長する。そのようなドッ
トパターンは、電子写真装置で印刷可能となる。ディザ
ーマトリックスは、ときにはまたハーフトーン画面とし
て参照される。
いかなるソースであってもよい入力画像データ又は画素
の格納されたアレイ8は、入力画像Iを本システムへ画
素単位で伝送される。ここでn、Hは画像データのスト
リームにおける単一画素の位置In,H を表す。本実施例
では、In,H は、画像ストリームのn、Hに位置決めさ
れた画素と、位置n、Hでの画素の強度の両方を表して
いる。各入力画素は、対応するエラー成分つまりエラー
値εが、加算器10で入力値In,H に加算される。ただ
し、εn,H はIn,H に対するそれ以前の画素のエラー値
の和である。加算器10で演算の結果、修正画素値で示
される修正画像が生成されて、ブロック12に一時的に
格納される。入力画素値とそれ以前の画素値のエラー値
との和である修正画像(In,H +εn,H )は、しきい値
比較器14へ転送される。そこで、修正画像はしきい値
Tn,H と比較されて、例えば、バイナリー出力画像値な
ら点か無点であるような、画素In,H のための適切な出
力値Bn,H を算定する。可変しきい値の使用は、後ほど
説明するしきい値ソース15により表される。ひとたび
出力画素Bn,H が決定され、出力画像格納部16へ伝送
されてライン18に沿って出力を外部へと転送すると、
Bn,H の値が修正画像値(In,H +εn,H )から減算さ
れて画素In,H からエラーレベルεm が生成される。減
算処理は、符号変更ブロック20とそれに続く加算器2
2とで表される。つまり、εm は、修正画像値(In,H
+εn,H )とエラー端数算定ブロック24に格納される
出力値Bn,H との差である。エラー端数算定ブロック2
4では、エラーレベル値εm の重み部分が計算され、エ
ラー遅延バッファー28の更新に使用される。
は、米国特許第5、045、952号教示のエッジ強化
エラー拡散方法に従って行われる。しきい値修正子ブロ
ック40で表されるように、最初に各画素の入力値I
n,H とその所定の隣接画素値の内少なくとも一方を基に
して、米国特許第5、045、952号の方法により変
更子を算出して、可変しきい値レベル値Tn,H を算定す
る。入力画素In,H を元にして隣接画素を使わずに変更
子を算定する簡便な方法では、変更子In,H x(K−
1)はしきい値演算部42で公称しきい値Mn,H から減
算され、しきい値比較器ブロック14に適用されるしき
い値レベルTn,H が算定される。なお、強化係数Kは後
で説明する方法で選択されるものとする。また別の方法
では、しきい値をレベルMn,H に維持しながら、変更子
In,H (K−1)を修正画像値(In +En-1 )へ加算
することにより、同等のしきい値の変更が可能となる。
に、画像処理システムで一般的に生成される画素クロッ
ク信号と走査線クロック信号とハーフトーン画面、即
ち、しきい値のディザーマトリックスMを使って、デー
タストリームの画素In,H の位置に従ってしきい値M
n,H が決定される。ディザーマトリックス格納部、即
ち、メモリ44に格納されている値の集合Mは、ダイナ
ミックレンジ乗算器46を介して、画素単位および走査
線単位でしきい値演算ブロック42へ転送される。その
結果、しきい値Tn,H はディザーマトリックスと入力画
像情報との重畳となる。それゆえ、しきい値の変動パタ
ーンは、エッジ強化エラー拡散アルゴリズム上に重畳さ
れる。
ーンMのしきい値は、入力画素値の可能なダイナミック
レンジよりも大きいダイナミックレンジをもつように選
択される。図2(A)で示されている0から255まで
の範囲内の入力値の場合のように、入力値の範囲と同じ
かまたは小さいダイナミックレンジの標準ディザーパタ
ーンを使って、ディザーパターン内の各しきい値レベル
は係数fで乗算される。なお、fは1よりかなり大きく
て、ハーフトーンセルまたはドットの大きさにつれて増
加するものとする。例えば、4×2の画面の場合はf=
4とし、8×4の画面の場合はf=8、10×5画面で
はf=10とする。これら係数値は単なる例であって、
ここで引用されている所定の画面サイズの場合でも別の
f値を適用できる。またその場合でも、fの値が1以上
であってドットの大きさに従って増加するのは、言うま
でもない。そのようなしきい値の画面ももちろん構成可
能であるが、実際には、ユーザは持っているさらに大き
な選択幅で画面を選ぶ傾向がある。従って、本発明のデ
ィザーマトリックス格納部44とダイナミックレンジ乗
算器46との組合せのような簡単な乗算処理装置が望ま
しい。前述のように、この値fMn,H は、Tn,H の算出
に使用される。別の方法として、元のディザーマトリッ
クス(図2(A))は、乗算器を介してディザー格納ブ
ロック44へ記憶されてもよい。この場合、ブロック4
6は取り除かれ、拡張ダイナミックレンジディザーマト
リックス(図2(B))は画素クロック信号と走査線ク
ロック信号によって直接アドレスされる。いずれの場合
でも、しきい値演算部へ出力される値は、図2Bのディ
ザーマトリックスの例が使用されているかのように、作
用する。
は、連続トーン入力画像内の局部または全体の入力画像
内容の関数としての変数であってもよい。特にこの場
合、ディザーマトリックスのダイナミックレンジ乗数よ
り大きいKを使用する別の実施例にて、ディザーマトリ
ックスで使われるダイナミックレンジ乗数とほぼ同じ値
であるKが選択される。以下で明かにされるように、K
は、画像の細部がいかに綿密に保全されるかを決定する
係数である。従って、大きい数値のKは、画像のシャー
プネスを上げる傾向がある。
現であって、図1に示されるように修正画像を介してエ
ラー補正するのではなく、連続して更新されるしきい値
調整遅延バッファーを利用してエラー補正が行われる。
同様に、画像データのソースが特定されない入力画像デ
ータ又は画素の格納アレイ100は、入力画像Iを本シ
ステムへ画素単位で伝送させる。画像はしきい値比較器
114へ転送される。その画像は、しきい値Tn,H と比
較されて画素In,H の適切な出力値Bn,H を算定する。
例えば、バイナリー出力画像の場合は、出力バッファー
116に格納される点または無点である。出力値Bn,H
は符号に変更され、加算器122で画素In,H の元の値
に加算され、その結果、しきい値調整割付値Dm はDm
=In,H−Bn,H となる。しきい値調整割付値Dm は、
しきい値処理でのエラーと、選択された隣接未処理画素
群への前記エラーの重み付け分配値である。画素In,H
の元の値とその隣接値を任意に加算した値は、しきい値
変更子ブロック140で表される各画素の入力値In,H
を基にした変更子値の生成に利用される。しきい値演算
部142で、変更子値In,H x(K−1)が拡張ダイナ
ミックレンジしきい値fMn,H から差し引かれて、しき
い値比較器ブロックへ出力されるしきい値レベル値T
n,H が算定される。なお、ディザーマトリックスfM
n,H は前述のごとく算出され、拡張ダイナミックレンジ
ディザーマトリックス格納部144として表される。し
きい値調整遅延バッファー128で、しきい値レベル値
Tn,H はしきい値調整割付値Dn,H の和に加算され、新
たなしきい値Tn,H が生成される。
素値を量子化する本発明の処理のステップを示すフロー
チャートが示されている。各画素は、画像内の位置での
画像の光学濃度を表しており、d個の光学濃度値の所望
の出力集合よりメンバの数が多いc個の元の光学濃度値
の集合の内の1つから選択された対応する元の光学濃度
値を有している。図3のステップ110、120、13
0、140、150、150、170、180は標準エ
ラー拡散方法のステップであって、ステップ110では
値In,H をもつ入力画素を受信し、ステップ120では
エラー遅延バッファーからのエラー成分εn,H を画素値
In,H に加算し、ステップ130では加算値In,H +ε
n,H を修正画素値として記憶し、ステップ140ではそ
の修正画素値をTn,H でしきい値化して新規の出力値B
n,H を算出して出力部へ伝送し、ステップ150では出
力値Bn,H の符号を変更し、ステップ160では−B
n,H値をIn,H +εn,H に加算して量子化エラーεm を
算出し、ステップ170では画素In,H の量子化中での
エラーが向けられるべき現在未処理画素のそれぞれの重
み付けエラーを決定して、ステップ180ではステップ
120で次の画素に加算されるエラーを保持しているエ
ラー格納部、即ち、バッファーを更新する。ここで、ブ
ロック170と180に示されている未処理画素集合
{In+1,H,In-1,H+1,In,H+1,In+1,H+1 }は、エラー
拡散の一般的な集合であるが、他の集合も可能であり、
本記述に含まれることを意図とする。本発明によると、
図4のステップ140で示されているように、しきい値
レベルTn,H を決定するためさらに別のしきい値決定が
提供されており、サブステップ142ではIn,H を受信
し、サブステップ144では各画素の入力値In,H と強
化係数Kを基にして変更子が算出され、サブステップ1
46ではしきい値Mn,H からしきい値修正値In,H (K
−1)が差し引かれて、しきい値演算ステップ140へ
出力されるしきい値Tn,H が決定される。また別に、サ
ブブロック142でIn,H を含む画素の集合の光学濃度
入力値を受信して、サブブロック144でしきい値変更
子はこの集合に従って演算されてもよい。その簡単な例
として、米国特許第5、045、952号教示のよう
に、入力画像のフィルター処理値をサブブロック144
への入力値として利用できる。さらにサブステップ14
8では、標準ディザーマトリックスだと仮定すると、デ
ィザーマトリックスの素子の数につれてサイズが大きく
なる1より大きい値fで、ディザーマトリックスMの各
値が乗算されるので、サブステップ148の出力はディ
ザーマトリックス値の所望の拡大ダイナミックレンジを
反映する。
る。図7には白=255で黒=0の場合の光学濃度入力
値のアレイが示されている。可能な入力ダイナミックレ
ンジは、0から255まで、即ち、256個のレベルの
範囲であると仮定する。この例では、ダイナミックレン
ジが1となるよう設定されている。画像データは、暗い
グレーの領域(画素値=70)から明るいグレーの領域
(画素値=200)への転換を示しており、より大きな
画像の一部分を構成している。図7は、フロイド及びス
タインバーグ(Floyd and Steinberg) が述べている方法
で生成された光学濃度出力値を示している。隔離された
黒または白の画素が数多くみられる。例えば、走査線番
号3の第4画素は255値が0値に囲まれており、走査
線番号12の第13画素では0値が255値に囲まれて
いる。図9には、ビロテット−ホルマン及びブリンダル
の方法が示されており、図8の32素子ディザーマトリ
ックス(33レベルのハーフトーンセルが45度傾斜し
ている)を使用しており、最大ダイナミックレンジ係数
は”1”である。光学濃度出力値は図7とは異なるが、
多くの隔離された画素がまだ残っている。図11は本発
明の方法での光学濃度出力値を示し、例えば、図10の
32素子ディザーマトリックスと共にダイナミックレン
ジ係数が”8”でしきい値修正係数がK=12を用いて
いる。図11から明かなように、画像出力構成はより少
ない白と黒の画素を有している。
度出力値の選択を行う他の方法も含んでいるものとす
る。本発明は、図5の特性記述によって同様に説明さ
れ、本発明の請求範囲やその同等範囲内の全ての記述的
な修正や変更も可能である。
ある。
ックレンジ≡1)の一例を示し、(B)は増加されたダ
イナミックレンジ(ここでは4)をもつよう変更された
ディザーマトリックスの図を示す。
ット−ホルマン及びブリンダルの方法と本発明の方法と
の相違を説明する一例である。
ット−ホルマン及びブリンダルの方法と本発明の方法と
の相違を説明する一例である。
ット−ホルマン及びブリンダルの方法と本発明の方法と
の相違を説明する一例である。
ット−ホルマン及びブリンダルの方法と本発明の方法と
の相違を説明する一例である。
テット−ホルマン及びブリンダルの方法と本発明の方法
との相違を説明する一例である。
テット−ホルマン及びブリンダルの方法と本発明の方法
との相違を説明する一例である。
Claims (2)
- 【請求項1】 各画素が画像内の一定位置での画像の光
学濃度を表し、所望のd個の光学濃度値の出力集合より
メンバの数が多いc個の元の光学濃度値の集合の内の1
つから選択された対応する元の光学濃度値を有し、また
それに対応したダイナミックレンジを有している、複数
の画素から形成される元の画像内の画素値を量子化する
方法であって、 各画素値について、修正画素値を算出するため予め決め
られたエラー成分を元の光学濃度値に加算するステップ
と、 量子化される画素について、量子化される画素の元の光
学濃度の関数であるしきい値レベルと、元の画像のダイ
ナミックレンジより大きなダイナミックレンジをもつし
きい値の集合から選択されるしきい値とを算定するステ
ップと、 d個の光学濃度値の出力集合の各メンバが規定出力値で
あって、所望の出力集合のメンバである光学濃度出力値
を生成するため、算定されたしきい値レベルを画像内の
各画素の各光学濃度値に適用するステップと、 画素の光学濃度出力値と光学濃度修正値との差であるエ
ラー成分を算定するステップと、 算定されたエラー成分の比例量を所定の隣接画素の集合
のそれぞれの元の光学濃度値に適用するステップと、 から成る画素値量子化方法。 - 【請求項2】 前記しきい値の集合がハーフトーンセル
を構成する、請求項1に記載の画素値量子化方法。
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