JPH118769A - 濃度調整方法及びこれを用いた装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディザ法や誤差拡散法などにより２値以上に
多値化された階調画像に対し、解像度を損なうことな
く、その明るさを変えることにある。 【解決手段】 ｎビットの画像信号を入力し、第一の階
調数変換処理２２１によってｎビットよりも大きいｍビ
ットの画像信号に変換し、階調γ変換処理２２２に際し
てγ変換式によっては最大値、最小値をはみ出してもク
リップせず、ｍビットの画像信号よりも大きいｔビット
の画像信号に変換し、第二の階調数変換処理２２３でｔ
ビットになった画像信号を再びｔビットよりも小さいｓ
ビットの信号に変換する濃度調整方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパソコン、スキャ
ナ、プリンタ、ＦＡＸやデジタルコピーなどの画像処理
装置で扱われるディザ法や誤差拡散法などにより２値以
上に多値化された階調画像に対し、解像度を損なうこと
なく、その明るさを変える濃度調整方法及びこれを用い
た装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パソコン、スキャナ、プリンタ、ＦＡＸ
やデジタルコピーなどの画像処理装置では必要に応じ
て、ディザ法や誤差拡散法などにより２値化された疑似
階調画像が多く扱われている。その理由は、これらの画
像はデータサイズがコンパクトな割に階調性や解像力が
保存されている点にある。

【０００３】しかしながら、２値化された疑似階調画像
はｏｎ／ｏｆｆのデータの集まりであり、このままでは
その明るさ（γ）を多階調画像のように自由に変えるこ
とは難しい。この技術的課題を解決するために２値化さ
れた疑似階調画像から元の多階調画像を推定し、この推
定された多階調画像の明るさ（γ）を変え、再びディザ
法や誤差拡散法などにより２値化する処理を行う必要が
ある。特開昭６３−２３４６７２号公報、特開昭６３−
２９００７２号公報では、２値化された疑似階調画像か
ら元の多階調画像を推定する技術が提案されている。こ
れは注目画素周辺にある走査ウィンドウを設け、そのウ
ィンドウ内で計数された黒画素数に重みをかけてその周
辺画素を推定するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６３−２３４６７２号公報、特開昭６３−２９００７２
号公報に開示された方法は、複数画素の情報を平均化す
ることになるため、解像度が劣化するおそれがある。例
えば、１画素幅の細線が太く薄い線になったり、小さな
文字などはぼやけて読めなくなると言った具合である。
このようにして推定された多階調画像にγをかけて明る
さを変え、再び２値化すると、２値画像の時に再現され
た細線や文字の品質が劣化する可能性がある。

【０００５】本発明の第１の目的は、上記技術的課題に
鑑み、ディザ法や誤差拡散法などにより２値以上に多値
化された階調画像に対し、解像度を損なうことなく、そ
の明るさを変えることのできる濃度調整方法を提供する
ことにある。

【０００６】本発明の第２の目的は、上記技術的課題に
鑑み、ディザ法や誤差拡散法などにより２値以上に多値
化された階調画像に対し、解像度を損なうことなく、そ
の明るさを変えることのできる濃度調整装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的は
（１）〜（４）によって達成される。

【０００８】（１） ｎビットの画像信号を入力し、第
一の階調数変換処理によってｎビットよりも大きいｍビ
ットの画像信号に変換し、前記ｍビットの画像信号より
も大きいｔビットの画像信号に変換し、第二の階調数変
換処理で前記ｔビットになった画像信号を再びｔビット
よりも小さいｓビットの信号に変換することを特徴とす
る濃度調整方法。

【０００９】（２） 前記第一の階調数変換処理は１画
素分の出力信号を得るために１画素以上、２^m-n画素未
満の入力信号とすることを特徴とする（１）の濃度調整
方法。

【００１０】（３） 前記第二の階調数変換処理として
誤差拡散法を行っている際に注目画素からの拡散された
誤差の加算によってオーバーフローした周辺画素の信号
は予め規定された最大値、最小値間の幅でクリップする
ことを特徴とする（１）の濃度調整方法。

【００１１】（４） 前記第二の階調数変換処理として
誤差拡散法を行っている際に注目画素からの拡散された
誤差の加算によってアンダーフローした周辺画素の信号
は予め規定された最大値、最小値間の幅でクリップする
ことを特徴とする（１）の濃度調整方法。

【００１２】上記の第２の目的は（５）〜（８）によっ
て達成される。

【００１３】（５） ｎビットの画像信号をｎビットよ
りも大きいｍビットの信号に変換する第一の階調数変換
手段と、前記ｍビットの信号をｍビットよりも大きいｔ
ビットの信号に変換する階調γ変換手段と、前記ｔビッ
トの信号をｔビットよりも小さいｓビットの信号に変換
する第二の階調数変換手段とから構成される画像信号の
濃度調整装置。

【００１４】（６） 前記第一の階調数変換手段におい
て、一画素分の出力信号を得るために２^m-n画素分未満
の入力信号を用いることを特徴とする（５）の濃度調整
装置。

【００１５】（７） 前記第二の階調数変換処理は、誤
差拡散処理であることを特徴とする（５）の濃度調整装
置。

【００１６】（８） 前記誤差拡散処理において、注目
画素からの拡散された誤差の加算によってオーバーフロ
ー／アンダーフローした周辺画素の信号はその都度予め
規定された最大値、最小値間の幅でクリップされること
を特徴とする（７）の濃度調整装置。

【００１７】［作用］かかる方法において、誤差拡散法
やディザ法、濃度パターン法などを用いて複数の画素に
よって階調を表すように２値以上に多値化処理された画
像に対し、解像力、階調性を損なわずにγ（明るさ）を
制御することが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本実施の形態の濃度調整方法およ
び濃度調整装置を搭載できる画像処理装置の概略構成を
図１を参照して説明する。

【００１９】図１は濃淡画像をリアルに再現できる画像
処理装置の一例を示すブロック図である。

【００２０】図１の画像形成装置は、ディザ法や誤差拡
散法などにより多値化された階調画像を処理できるもの
であり、スキャナ装置１００と画像処理装置２００とか
らなるデジタル複写機をイメージしたものである。これ
に限定されるものでなく、ディザ法や誤差拡散法などに
より多値化された階調画像を処理できるものであれば、
パソコン、スキャナ、プリンタ、ＦＡＸとの複合機のご
とく電話回線でスキャナ装置１００と画像処理装置２０
０とを接続したものであっても本発明の濃度調整方法を
同様に適用できる。

【００２１】スキャナ装置１００は、原稿を走査するこ
とによって得られる画像信号を多値化処理して送出する
ものであり、スキャナ部１１０と濃度交換部１２０と多
値化処理部１３０とからなるものであり、パソコンやス
キャナやＦＡＸに相当するものである。スキャナ部１１
０は原稿から光学的に読み取った光像を光電変換して輝
度信号を得、かかる輝度信号を１０ビットのデジタル信
号として出力するものである。濃度変換部１２０は入力
された輝度信号を８ビットの濃度信号に変換するもので
あり、複数本の濃度変換カーブのデータが書き込まれた
ＲＯＭやＲＡＭにより構成される。設定部１２１は複数
本の濃度変換カーブから１つの濃度変換カーブを選択・
設定するもので濃度変換部１２０はこのようにして設定
された濃度変換カーブに基づいて濃度信号を出力する。
多値化処理部１３０は濃度変換部１２０から出力される
８ビットの濃度信号を誤差拡散法やディザ法や濃度パタ
ーン法等により多値化処理するものである。

【００２２】画像処理装置２００は、多値化された画像
信号から記録紙上に多階調の画像を再生するか、又は画
像メモリ２１０に記憶するものであり、画像メモリ２１
０と濃度調整処理部２２０と設定部２３０とプリンタ部
２４０とからなり、具体的にはパソコンやプリンタやＦ
ＡＸとの複合機等に相当する。画像メモリ２１０は少な
くとも１ページの画像データを圧縮して記憶するに十分
な容量を有するものである。画像メモリ２１０に記憶し
てある画像データは記憶容量の削減のために画素毎のビ
ット数を圧縮してあるために容易にγ変換処理で濃度調
整できない。濃度調整処理部２２０は、画素毎のビット
数を圧縮してある画像データ、すなわち誤差拡散法やデ
ィザ法、濃度パターン法などを用いて複数の画素によっ
て階調を表すように多値化処理された画像に対して解像
力、階調性を損なわずにγ変換することにより明るさを
任意に制御するために設けたものである。濃度調整処理
部２２０から出力される濃度調整後の画像データは画像
メモリ２１０又はプリンタ部２４０に送出される。設定
部２３０は濃度調整処理部２２０の調整量を設定するも
のである。プリンタ部２４０は、例えば電子写真法やイ
ンクジェット法等により多階調の画像を再生するもので
ある。

【００２３】図２は濃度調整処理部２２０の処理手順を
示した概念図である。

【００２４】濃度調整処理部２２０における処理手順
は、図２に示すように第一の階調数変換処理２２１、階
調γ変換処理２２２、第二の階調数変換処理２２３の順
に処理される。ここで、誤差拡散法で２値化処理されて
１ビット画像にデータ圧縮して画像メモリ２１０に蓄積
された画像データに対する濃度調整処理を説明する。

【００２５】濃度調整処理部２２０は、画像メモリ２１
０から読み出したｎビットの画像データに第一の階調数
変換処理２２１を施してｍビットの画像データに拡張す
るものであり、下記式（１）に示した数値演算またはＲ
ＯＭ、ＲＡＭなどの１次元のルックアップテーブルとし
て実現されている。

【００２６】第一の階調数変換処理２２１の際に注目画
素の情報ｘだけでなく、周辺画素の情報も使うことが有
効な場合があるが、本実施の形態では注目画素の画像デ
ータｘだけを使った例を説明する。ここで、第一の階調
数変換処理２２１の具体的処理内容は以下の式（１）に
示される。

【００２７】 ｙ＝ｘ（２^m−１）／（２ⁿ−１） （１） 式（１）において、ｙは変換後の画像データを示したも
のであり、ｘは入力となる画像データである。ｎは入力
データのビット数であり、ｍは変換後の画像データのビ
ット数である。ここでは１ビットの画像データｘを８ビ
ットの画像データに変換するので、ｙ＝２５５ｘとな
る。変換後の画像データｙの値は０（白）または２５５
（黒）となる。

【００２８】濃度調整処理部２２０は、式（１）に示し
た第一の階調数変換処理２２１で得られた画像データｙ
に対して階調γ変換処理２２２を実行し、後述する式
（２）に示す数値演算またはＲＯＭ、ＲＡＭなどの１次
元ルックアップテーブルとして実現する。階調γ変換処
理２２２で使う変換式は入出力関係が一意的であれば何
でもかまわない。説明の簡単のために入力信号をｘ、出
力をｙとした式（２）を示す。

【００２９】 ｙ＝ａｘ＋ｂ （２） ここで係数ａ，ｂは実数で、例えばａ＝−２．０〜２．
０、ｂ＝−２５５〜２５５の範囲の値をとるものとして
あり、従って、式（２）の出力値ｙの範囲は例えば１０
ビット（−５１１〜５１２）にビット拡張した状態でク
リッピング処理を行うことになる。具体的には、係数
ａ，ｂは設定部２３０の調整ボタンを押すことにより変
更されて濃度変換カーブの傾きや濃度レベルを調整する
ことができる。ｘは式（１）で変換後の８ビットの画像
データｙを代入するものであり、式（２）の変換後の画
像データｙはクリップ処理を考慮して入力される画像デ
ータのビット数８よりも大きな１０ビットとしてある。

【００３０】図３は本実施の形態の階調γ変換処理にお
けるビット拡張処理を施した濃度変換カーブを示すグラ
フである。

【００３１】図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す一点鎖線
は同一の濃度変換カーブであり、これは設定部２３０か
ら傾きａや濃度レベルｂを変更する以前の濃度変換カー
ブであり、ｙ＝ｘで表される。図３（ａ）は設定部２３
０からａを２．０に設定し、ｂを０に設定した際の濃度
変化カーブを実線で示したものであり、ｙ＝２ｘであ
る。一点鎖線で示した濃度変換カーブで濃度レベル１２
７．５以上のものはａを２．０としたことにより２５５
を越えてオバーフローしてしまう。ここで、図３（ａ）
に実線で示した濃度変換カーブを表すデータを８ビット
のままとすれば、濃度レベル２５５以上についてすべて
２５５になってしまう。以下、本実施の形態でこれをク
リップという。これは図３（ａ）に一点鎖線で示した濃
度変換カーブ上の中間濃度レベル１２７．５以下で階調
補正をすることになるが、中間濃度レベル１２７．５以
上で階調変換処理がなされなくなる。階調γ変換処理途
中で中間濃度レベル１２７．５以上でクリップされるの
を防止するために式（２）に示す変換後の画像データの
ビット数を入力される画像データｘのビット数よりも大
きな１０ビットに拡張してある。これにより、図３
（ａ）に実線で示した濃度変換カーブを表すデータをす
べて表現できることになる。

【００３２】図３（ｂ）に示す実線は設定部２３０から
ａを２．０に設定し、ｂを−２５５に設定した際の濃度
変化カーブを実線で示したものであり、ｙ＝２ｘ−２５
５である。階調γ変換処理途中で中間濃度レベル１２
７．５以下でクリップされるのを防止するために式
（２）に示す変換後の画像データのビット数を入力され
る画像データｘのビット数よりも大きな１０ビットに拡
張したことにより、図３（ｂ）に実線で示した濃度変換
カーブを表すデータをすべて表現できることになる。

【００３３】濃度調整処理部２２０は、階調γ変換処理
２２２でビット拡張された画像データである１０ビット
（−５１１〜５１２）に対して図４に示したような拡散
マトリックスでビット拡張前のデータ長である８ビット
で誤差拡散処理を施し、かかる誤差拡散された画像デー
タに対してクリッピングする第二の階調数変換処理２２
３を行う。第二の階調数変換処理２２３は誤差拡散法や
ディザ法などの数値演算により実現してある。

【００３４】本実施の形態における誤差拡散処理は、注
目画素値をｘ、誤差をｅｒとして、 もし ｘ＞１２８ならば ドットＯＮ、ｅｒ＝ｘ−２５
５ それ以外 ドットＯＦＦ、ｅｒ＝ｘ とするものである。

【００３５】図４は本実施の形態における拡散マトリク
スを示した概念図である。

【００３６】図４に示す拡散マトリックスは注目画素の
右隣と真下に半分ずつｅｒを分散するものである。な
お、拡散マトリックスは図４に示すものに限定されるも
のでなく、パターンノイズが現れなければいかなるもの
でもよい。

【００３７】本実施の形態において誤差拡散された画像
データに対してクリッピング処理する理由は、階調γ変
換処理２２２でビット拡張してあることから、誤差拡散
処理の前後で画像データのレンジが変化しているので、
クリッピング処理をしないと、誤差を分散しきれずに、
雪崩のように画像をぬりつぶしてしまうといった現象が
起こり得る。かかる誤差の雪崩を図５を参照して説明す
る。

【００３８】図５は誤差拡散に伴う誤差の雪崩を示した
模式図である。

【００３９】図５（ａ）は誤差拡散処理前の画像であ
り、これは左上に黒の四角が画かれた白黒画像である。
かかる白黒画像を８ビットの２５６階調で処理すれば、
黒画素の濃度レベルは２５５であり、白画素の濃度レベ
ルは０となり、黒画素数は３６である。

【００４０】図５（ａ）に示す白黒画像をｙ＝２，０×
ｘという式で階調変換すれば、黒画素の濃度レベルは５
１０になり、白画素の濃度レベルはそのままの０とな
る。かかる画像データに一般的な誤差拡散処理を行え
ば、クリッピング処理がなされないことになるので、図
５（ｂ）に示すように右隣り、真下方向に雪だるま式に
誤差が蓄積されて誤差の雪崩を生じることになる。

【００４１】かかる誤差の雪崩を分かりやくするため、
誤差拡散処理を単純化して説明すれば、誤差拡散処理は
５１０という値を持つ黒画素に対して２５５と判定し、
このときの誤差＝２５５を右と下の隣接画素に分散させ
ることになる。階調γ変換処理２２２でビット拡張され
た黒画素のデータは、２５５という誤差を潜在的に含ん
でいることになる。図５（ａ）に示した画像は３６の黒
画素をもっていたので、誤差の総計は３６＊２５５とい
うことになる。つまり、これは白画素を３６画素塗りつ
ぶすだけの値であり、これが誤差の拡散方向である右下
に雪崩のように移動し、白画素を黒く塗りつぶすのであ
る。この現象は「白い部分が黒く塗りつぶされる」とい
う場合だけではなく「黒が白く飛ばされる」という場合
においてもおこり得る。たとえばγの式ｙ＝ａｘ＋ｂで
ｂ＜０（例えばｂ＝−２５５）の場合がそうである。こ
の場合は白画素が連続した部分においてマイナスの誤差
が雪崩のように移動し、隣接する黒画素の連続する部分
を白く塗りつぶすことになる。

【００４２】かかる誤差の雪崩を抑えるために前述の誤
差拡散処理を実行した際に注目画素の右と注目画素の下
の隣接画素に対してクリッピングの範囲を１０ビット
（−５１２〜５１１）としてクリッピング処理を行って
いる。かかるクリッピングの範囲は（−５１２〜５１
１）より広く設定すると、前述した誤差の雪崩を抑える
効果が現れず、クリッピングの範囲は（−５１２〜５１
１）より狭くしすぎると、拡散すべき誤差が不必要に切
り捨てられてしまうことから、前段でせっかくγ変換を
行ってもγ変換の効果（＝濃度が変わること。）が薄れ
てしまうことが起こるからである。

【００４３】前述の誤差拡散処理にクリッピング処理を
加えて第二の階調数変換処理を施した画像を図５（ｃ）
に示してある。図５（ｃ）に示す画像は図５（ａ）に示
した画像と比較して交互に１画素程度はみ出すだけでい
わゆる誤差の雪崩はかなり軽減されていることがわか
る。

【００４４】このように本実施の形態における濃度調整
処理を実行すれば、２値画像はドットの密度（パター
ン）が変わることによって解像力を劣化させずに画像濃
度が変わる。

【００４５】このようにして得られた２値画像は再び画
像データとして画像メモリ２１０に蓄えられるか、プリ
ンタ部２４０に供給されて記録紙上に出力される。

【００４６】本実施の形態における濃度調整装置は、上
述したように誤差拡散法やディザ法、濃度パターン法な
どを用いて複数の画素によって階調を表すように２値以
上に多値化処理された画像に対し、ドットの記録濃度を
変えるのではなく、ドットの密度（パターン）が変わる
ことによって解像力、階調性を損なわずにγ（明るさ）
を制御することができる。

【００４７】なお、本実施の形態において２値画像の場
合において説明してあるが、これに限定されるものでな
く、多値画像の場合においても同様の方法で同様の効果
がある。

【００４８】

【発明の効果】請求項１〜請求項４に記載の発明は、上
記構成を備えることにより、ディザ法や誤差拡散法など
により２値以上に多値化された階調画像に対し、解像度
を損なうことなく、その明るさを変えることができる。

【００４９】請求項５〜請求項８に記載の発明は、上記
構成を備えることにより、ディザ法や誤差拡散法などに
より２値以上に多値化された階調画像に対し、解像度を
損なうことなく、その明るさを変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】濃淡画像をリアルに再現できる画像処理装置の
一例を示すブロック図である。

【図２】濃度調整処理部２２０の処理手順を示した概念
図である。

【図３】本実施の形態の階調γ変換処理におけるビット
拡張処理を施した濃度変換カーブを示すグラフである。

【図４】本実施の形態における拡散マトリクスを示した
概念図である。

【図５】誤差拡散に伴う誤差の雪崩を示した模式図であ
る。

【符号の説明】

１００ スキャナ装置 ２００ 画像処理装置 ２１０ 画像メモリ ２２０ 濃度調整処理部 ２２１ 第一の階調数変換処理 ２２２ 階調γ変換処理 ２２３ 第二の階調数変換処理 ２３０ 設定部 ２４０ プリンタ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 1/40 Ｂ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎビットの画像信号を入力し、第一の階
   調数変換処理によってｎビットよりも大きいｍビットの
   画像信号に変換し、前記ｍビットの画像信号よりも大き
   いｔビットの画像信号に変換し、第二の階調数変換処理
   で前記ｔビットになった画像信号を再びｔビットよりも
   小さいｓビットの信号に変換することを特徴とする濃度
   調整方法。
2. 【請求項２】 前記第一の階調数変換処理は１画素分の
   出力信号を得るために１画素以上、２^m-n画素未満の入
   力信号とすることを特徴とする請求項１記載の濃度調整
   方法。
3. 【請求項３】 前記第二の階調数変換処理として誤差拡
   散法を行っている際に注目画素からの拡散された誤差の
   加算によってオーバーフローした周辺画素の信号は予め
   規定された最大値、最小値間の幅でクリップすることを
   特徴とする請求項１記載の濃度調整方法。
4. 【請求項４】 前記第二の階調数変換処理として誤差拡
   散法を行っている際に注目画素からの拡散された誤差の
   加算によってアンダーフローした周辺画素の信号は予め
   規定された最大値、最小値間の幅でクリップすることを
   特徴とする請求項１記載の濃度調整方法。
5. 【請求項５】 ｎビットの画像信号をｎビットよりも大
   きいｍビットの信号に変換する第一の階調数変換手段
   と、前記ｍビットの信号をｍビットよりも大きいｔビッ
   トの信号に変換する階調γ変換手段と、前記ｔビットの
   信号をｔビットよりも小さいｓビットの信号に変換する
   第二の階調数変換手段とから構成される画像信号の濃度
   調整装置。
6. 【請求項６】 前記第一の階調数変換手段において、一
   画素分の出力信号を得るために２^m-n画素分未満の入力
   信号を用いることを特徴とする請求項５記載の濃度調整
   装置。
7. 【請求項７】 前記第二の階調数変換処理は、誤差拡散
   処理であることを特徴とする請求項５記載の濃度調整装
   置。
8. 【請求項８】 前記誤差拡散処理において、注目画素か
   らの拡散された誤差の加算によってオーバーフロー／ア
   ンダーフローした周辺画素の信号はその都度予め規定さ
   れた最大値、最小値間の幅でクリップされることを特徴
   とする請求項７記載の濃度調整装置。