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JP4029545B2 - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents
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JP4029545B2 - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は画像処理装置および画像処理方法に関し、特にしきい値を用いることによって階調を低減させた画像を作成することができる画像処理装置および画像処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像の取扱いをデジタルで行なうことが現在の画像処理の主流である。デジタル画像の表示や出力に際しては、出力デバイスの特性による制約などにより、その画像の階調性をより少ない階調レベルで表現する必要が生じる場合が多い。当初より、擬似ハーフトーン処理として白と黒のドットのみで階調を再現する2値化処理法など、さまざまなデジタルハーフトーニングの画像処理手法が研究されてきている。
【0003】
現在もなお用いられている組織的ディザ法や誤差拡散法、そしてそれらの系統のさまざまな手法が1960年代以降、開発され、改良されてきている。また、近年においては計算処理のハードウェアの発展につれ、コスト最小化の手法など直接的に画素配置の最適な探索を行なう方法等が開発されている。
【0004】
こういった各ハーフトーニングの手法に対しては、各々その利用目的に応じて長所や短所があり、さまざまな課題とそれに対する対策が研究されている。たとえば組織的ディザ法は処理が簡単であり、使いやすいが、再現された画質は良好とは言い難い。誤差拡散法はディザ法と比べて計算量は多くなるものの、画質は優れている。
【0005】
コスト最小化の手法など直接的に最適な探索を行なう方法においては、ニューラルネットワークや遺伝的アルゴリズム、シミュレーティッドアニーリングなどの各種最適化法が用いられている。これらの方法を採用することにより、視覚モデルや出力デバイスモデルなどもプロセスに取り入れやすく、処理の自由度が拡大する。しかしながら、反復的に演算し最適な状態を探索するため、計算量が膨大になるという課題がある。
【0006】
これらの課題は技術の進展とともに変化する。直接的に最適な探索を行なう方法を用いた場合における計算量が膨大になるという問題点は、計算処理速度を規定するハードウェアの進歩により解決されるかもしれない。しかし、簡便で高品質の出力デバイスの普及という点からは、より簡単な計算処理が望まれる。
【0007】
また、さらに共通の課題として、解像度と階調性のトレードオフの問題がある。これも出力デバイス自体の出力階調レベルの増加や解像度特性の向上により解決されるかもしれない。しかしながら、たとえば文字が画像として処理される機会の増大なども考えられ、できるだけ簡便にこれらの処理を行なうことが望まれている。
【0008】
従来より、たとえば階調性を要する画像領域と解像度を要する画像領域とを判別し、判別結果に応じてそれぞれの領域で処理方法を変える方法や、複数の処理方法を合体させて用いる方法などが画像処理の改良のための手段として研究されてきている。しかし、それらを実行するためには領域判別などの新たな処理を開発、付加する必要があり、簡便な方法とは言い難い。ハード(出力デバイス)とのバランスから言うのであれば、できれば誤差拡散法程度の処理で解像度と階調性とを良好に保つという目的を達成したいものである。
【0009】
図21は、従来の誤差拡散法を実行する画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【0010】
図を参照して、画像処理装置は、多値画像の1つの画素の画素値を入力する入力部501と、入力された画素値から拡散された誤差を減算する減算器503と、減算器503の出力を補正された画素値として出力する出力部505と、出力部505の出力に対ししきい値処理を行ない2値データを形成するしきい値処理部507と、しきい値処理部507の出力を画素データとして出力する出力部509と、出力部505の出力をしきい値処理部507の出力から減算する減算部511と、減算部511からの出力結果を処理の対象となっている画素(注目画素)の周囲の画素に拡散させるための誤差メモリ513とから構成される。
【0011】
誤差拡散法により作成される画像は、特有のテクスチャを有する。しかしブルーノイズ特性が指摘されているように、そのテクスチャは視覚的には目立ちにくい。ディザ法においてもより簡単にこのブルーノイズ特性を得られるようにディザパターンを設定する方法が研究されている。しかし、誤差拡散法は入力画像に対して適応的にドットパターンを生み出していくため、ディザ法よりも入力画像の特性を反映することができる。
【0012】
その点で誤差拡散法は画質的にディザ法を上回るが、誤差拡散法特有のノイズもある。これは穏やかな階調変化領域においてテクスチャが変化することにより境界のない部分においても境界線があるように見えてしまう現象(テクスチャシフト)や、黒または白に近い階調の領域で白または黒のドットがライン状に並びやすくなる現象などである。
【0013】
これらの現象を防ぐために誤差の拡散の重み係数やしきい値を変調させるなどの改良法が各種開発されている。また、解像度についてはその内在的なエッジ強調特性が指摘されているが、十分であるとは言えない。
【0014】
また、誤差拡散法ではハーフトーニング処理と同時にγ特性を自由に制御することが出来ない。
【0015】
さらに誤差拡散法はそのアルゴリズムからして入力画像の画素値を平均的に再現するように機能する。すなわち、画像の局所的な0次成分を再現するように機能する。それに対して、1次以上の成分を強調すべく誤差拡散法の改善が行なわれている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した画像処理方法の欠点を解消し、画質を改善することができ、かつ簡単な処理によりγ特性の制御を行なうことができる画像処理装置および画像処理方法を提供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、画像処理装置は、各画素の濃度レベルを表わす多値画像である第1画像信号を順次入力する入力手段と、入力手段から入力された第1画像信号をしきい値と比較することによりオンあるいはオフの2種類の第2画像信号を生成するしきい値処理手段と、しきい値処理手段で生成された、オンおよびオフにそれぞれ対応する第2画像信号の値(n−1,0)と、第2画像信号を生成する際に使用したしきい値(Th(x))とに基づく所定の演算に従って、続く画素のしきい値処理に用いるしきい値を算出する算出手段と、しきい値処理手段で生成された第2画像信号に基づいて、前記算出手段において使用する係数を変更する変更手段とを備える。変更手段は、予めγ特性に応じた互いに係数の組が異なる第1の係数組(a1,b1)および第2の係数組(a2,b2)が設けられ、第2画像信号がオンおよびオフにそれぞれ対応して第1の係数組(a1,b1)および第2の係数組(a2,b2)に変更する。算出手段は、a1×Th(x)+b1×((n−1)−Th(x)):第2画像信号がオンの場合、a2×Th(x)+b2×((n−1)−Th(x)):第2画像信号がオフの場合(a1,b1,a2,b2は係数、Th(x)は第2画像信号を生成する際に使用したしきい値、nは算出手段の出力階調数)の演算を行ない、そして、演算により算出された値にフィードバック係数βを掛ける演算を行い、さらに、初期のしきい値との加算を行なう
【0019】
この発明の他の局面に従うと、画像処理方法は、各画素の濃度レベルを表わす多値画像である第1画像信号を順次入力する入力ステップと、入力ステップにより入力された第1画像信号をしきい値と比較することによりオンあるいはオフの2種類の第2画像信号を生成するしきい値処理ステップと、しきい値処理ステップで生成された、オンおよびオフにそれぞれ対応する第2画像信号の値(n−1,0)と、第2画像信号を生成する際に使用したしきい値(Th(x))とに基づく所定の演算に従って、続く画素のしきい値処理に用いるしきい値を算出する算出ステップと、しきい値処理ステップで生成された第2画像信号に基づいて、算出ステップにおいて使用する係数を変更する変更ステップとを備える。変更ステップは、予めγ特性に応じた互いに係数の組が異なる第1の係数組(a1,b1)および第2の係数組(a2,b2)が設けられ、第2画像信号がオンおよびオフにそれぞれ対応して第1の係数組(a1,b1)および第2の係数組(a2,b2)に変更する。算出ステップは、a1×Th(x)+b1×((n−1)−Th(x)):第2画像信号がオンの場合、a2×Th(x)+b2×((n−1)−Th(x)):第2画像信号がオフの場合(a1,b1,a2,b2は係数、Th(x)は第2画像信号を生成する際に使用したしきい値、nは算出手段の出力階調数)の演算を行なう。そして、演算により算出された値にフィードバック係数βを掛ける演算を行う。さらに、初期のしきい値との加算を行なう。
【0021】
【発明の実施の形態】
[参考例]
図1は、本発明の参考例における画像作成装置の構成を示すブロック図である。この装置が実行する画像の2値化処理を「しきい値拡散法」と称する。尚、本件の図面において、通常の矩形で囲われた部分は何らかの演算処理を行う部分であり、丸角の矩形で囲われた部分は演算処理を行わず値を出力するだけの部分であることを示している。
【0022】
図を参照して、画像作成装置は、イメージ(画素値)入力部101と、しきい値処理部103と、2値イメージ出力部105と、反転部113と、初期しきい値発生部107と、減算部109と、補正しきい値出力部111と、減算部115と、係数乗算部117と、補正値メモリ119とから構成される。
【0023】
多値画像の1つの画素値(0〜1)がイメージ入力部101に入力される。例えば256階調の多値画像n(0〜255)を扱う場合、イメージ入力部101には0〜1に正規化された値(n/255)が入力される。しきい値処理部103は、補正しきい値出力部111が出力する補正しきい値Th(x)と、イメージ入力部101に入力された画素値とを比較する。画素値≧補正しきい値Th(x)であれば、しきい値処理部103は“1”を出力し、画素値<補正しきい値Th(x)であれば、しきい値処理部103は、“0”を出力する。これにより、2値イメージ出力部105は、“0”または“1”の2値のイメージを出力する。
【0024】
初期しきい値発生部107は、補正前の初期しきい値Th(x)を出力する。補正前の初期しきい値Th(x)は、一定値でもよいし、ディザパターンとなるように画素の位置に応じて変化させるようにしてもよい。
【0025】
減算器109は、処理の対象となっている画素(注目画素)に対応する補正値メモリ119に記憶された補正値を読出し、その補正値を初期しきい値Th(x)から減算する。その結果が補正しきい値Th(x)とされる。
【0026】
反転部113は、しきい値処理部103の出力を反転させる。すなわち、しきい値処理部103の出力が“0”であれば“1”を、“1”であれば“0”を反転部113は出力する。
【0027】
減算部115は、反転部113の出力から補正しきい値Th(x)を減算し、出力する。係数乗算部117は、減算部115の出力に対し、0〜1の間で設定されるフィードバック係数βを掛け合わせ、出力する。なおβ=0とすることは、しきい値拡散を行なわないことを意味する。
【0028】
補正値メモリ119は、処理の対象となっている画素の周辺画素に対するしきい値の補正値に、係数乗算部117の出力結果を分散させるためのメモリである。図2を参照して、処理の対象となっている画素を白丸で示すと、その周辺画素に対するしきい値の補正値に係数乗算部117の出力結果が1〜32の比率(重み係数)で振り分けられて記憶される。
【0029】
図2に示されるように係数乗算部117の出力結果の配分対象とする画素の数を通常の誤差拡散法と比べて多くしているのは、配分の重み係数の種類を増やして配分される値の単調さをなくすためである。すなわち、誤差拡散法においては多様に変化する入力値(画素値)に対して拡散処理を行うのに対して、しきい値拡散法においては一定または一定に近いしきい値に対して拡散処理を行う場合が多いからである。補正前の初期しきい値が一定値ではなく、多様に変化する値をとる場合には、配分対象の画素数を減らすようにしてもよい。
【0030】
なお、誤差拡散法を用いた画像処理装置のブロック図(図21)と比較して、しきい値拡散法を用いた装置においては出力をフィードバックするに際して、反転部113で反転処理を行なっている。これは出力結果が入力値の側から見た出力であるため、それをしきい値の側から見た出力に変えるための処理である。
【0031】
また、しきい値へのフィードバックに際して係数乗算部117においてフィードバック係数βを掛けているが、これはフィードバック係数βを掛けなければ平均的にしきい値を再現するようにしか機能しないしきい値拡散法において、平均的に入力値を再現するように働かせるための処理である。
【0032】
以下に、誤差拡散法との比較によりしきい値拡散法の作用・効果を示す。図21に示される誤差拡散法を用いた画像処理装置と図1に示されるしきい値拡散法を用いた装置とを比較してわかるように、誤差拡散法では入力された画素値と出力との差を入力へフィードバックしているのに対して、しきい値拡散法ではしきい値と出力との差をしきい値へフィードバックしている点で大きく異なっている。すなわち、出力との差を演算する対象及び差をフィードバックする対象が、誤差拡散法では入力値(入力された画素値)であるのに対して、しきい値拡散法ではしきい値となっている。尚、しきい値拡散法においても、そのフィードバックアルゴリズムにより誤差拡散法と同様のテクスチャ(ブルーノイズ特性)を得ることができる。
【0033】
図3に4×4画素のfat-typeパターンによる組織的ディザ法を用いたハーフトーン処理結果を示し、図4に誤差拡散法を用いたハーフトーン処理結果を示し、図5に初期しきい値Th(x)として一定値を用いた場合のしきい値拡散法(フィードバック係数β=0.5)によるハーフトーン処理結果を示す。
【0034】
組織的ディザ法を採用した場合には階調性、および解像度とも最も悪くなる。誤差拡散法を用いた場合にはディザ法と比べて階調性および解像度とも良好になる。しかしながら、しきい値拡散法を用いた場合には特に解像度において誤差拡散法を上回る。階調性、およびテクスチャについてしきい値拡散法ではほぼ誤差拡散法と同等の結果が得られる。特にしきい値拡散法においても、誤差拡散法と同様にテクスチャシフトの発生が見られる。ただし、誤差拡散法では発生している黒または白地に近い領域でドットがライン状に並ぶ欠点は、しきい値拡散法においては発生しない。
【0035】
図6は、初期しきい値Th(x)として4×4画素のfat-typeのディザパターンを用いたしきい値拡散法(フィードバック係数β=0.5)によるハーフトーン処理結果を示し、図7はしきい値として4×4画素のfat-typeパターンをモデファイした誤差拡散法によるハーフトーン処理結果を示し、図8はエッジ強調を伴った誤差拡散法を用いたハーフトーン処理結果を示している。
【0036】
しきい値拡散法において初期しきい値Th(x)としてディザパターンを用いることにより、テクスチャシフトの改善が見られる。誤差拡散法でも同様の改善が行われている。しかしながら、しきい値拡散法においてはこの改善により解像度など他の特性に悪影響を与えることがなく、しきい値拡散法は依然として誤差拡散法に対して優れている。エッジ強調を伴った誤差拡散法を用いることにより、やはり解像度の向上が見られる。しかしながらこの場合においても平均的な入力値の再現という誤差拡散法の本質的な機能に制約されることから、特に低コントラストの細い線などでは十分な再現性を得られない。
【0037】
しきい値拡散法による2値化処理の出力画像品質の特徴については既に述べたとおりである。そういった画像品質を生み出すプロセスについて誤差拡散法と比較して説明する。
【0038】
誤差拡散法が入力値を最大に利用して、つまり出力と入力の誤差を入力にフィードバックするというプロセスを用いて適応的にドット配置を決めていく方法で入力値を反映させた画像を作るのに対して、しきい値拡散法では直接的には入力値をフィードバックに関与させない。しきい値拡散法においては入力値は出力値を決めるための比較に用いられるだけである。すなわち出力のオン(“1”)またはオフ(“0”)はフィードバックされるが、入力値そのものはフィードバックのプロセスには入り込まない。
【0039】
ところが、しきい値拡散法においては、前述したようにフィードバック係数βを適切な値に設定することにより、出力結果に入力値を反映し、すなわち入力画像の階調性を再現することができるのである。
【0040】
また、誤差拡散法はその本質として局所的には入力値を平均的に再現するように機能するが、しきい値拡散法においてはそれがない。これも入力画像の再現には一見不利なように見えるが、逆に言えば入力値に拘束されにくいということでもある。
【0041】
この入力値の平均的な再現という誤差拡散法の機能が逆に制約となって働くケースを説明する。たとえば白いバックグラウンドに対してグレーの、すなわち低コントラストの細い線が存在するような場合を想定する。この場合グレーであるからその度合いに応じてドット密度が決まることになる。仮に50%のグレーとすると、白と黒とのドットが平均的に半分ずつ存在しなければならない。すると、細い線であるからその線を構成するドットの半分を白くすると、極端な場合には実線が点線のようになりかねない。すなわち黒いドットを増やして周囲に白いドットを負担してほしいところであるが、周囲はもともと白地であるから周囲にそれ以上の白いドットを配分することができない。すなわちグレーの細い線の濃度を平均的に再現するため線としての特性を破壊してしまうこともあり得る。
【0042】
こういった場合は線のグレーレベルをある程度無視してでも線の特性、つまり低コントラストのエッジ特性を再現するようにした方がよい。誤差拡散法の機能は局所的な0次成分(低周波成分)の再現を優先する。しかしながら、その画像の性質によっては局所的な1次以上の成分(高周波成分)を優先した方が望ましい場合もあり、たとえば局所的に比較的微小な凹凸が存在するような部分では0次成分すなわち平均的なレベルの再現よりも1次以上の成分すなわち凹凸の再現を優先する方が望ましい。もちろん、なだらかな階調部分では0次成分が再現されてもよい。
【0043】
一方、前述したように、しきい値拡散法においては局所的な1次以上の成分の再現に重きが置かれる。従って、誤差拡散法の機能が制約となって働く前述した白いバックグラウンドに対してグレーの細い線が存在するケースに対しても、局所的な1次以上の成分の再現に重きが置かれるしきい値拡散法では、線のエッジ特性が再現されるため良好な結果を得ることができるのである。
【0044】
以上に述べたようにしきい値拡散法は、画像入力値の局所的な1次以上の成分を優先して再現するように機能する。しかしそれにもかかわらず、パラメータを設定することにより局所的な0次成分の再現を行なうことも可能である。また、アルゴリズムとしては誤差拡散法と同様のフィードバックを用いており、出力画像のテクスチャも誤差拡散法と同様のブルーノイズ特性を持つ。また、計算量も誤差拡散法並みである。
【0045】
しきい値拡散法により、誤差拡散法に似た出力の画像品質を保ちながら、白または黒に近い下地部分でのドットがライン状に並びやすいという誤差拡散法の欠点を解消することができる。また、低コントラストのエッジ成分の再現などさまざまなメリットをしきい値拡散法は有している。
【0046】
2値化によるハーフトーンの再現に関しては、視覚特性の考慮が今後さらに注目されると考えられる。その場合、観察される画像の全体的な特性と局所的な特性のバランスとが重要である。すなわち、画像内の局所的な相関を維持しながら全体的な階調を再現することが必要となってくる。画像を観察する者は両者の特性が最大限となるように心理的にバランスさせていると考えられるからである。従って、入力画像の局所的な0次成分と1次以上の成分とをそれぞれコントロールして簡単に再現できるような手法がより必要となってくる。しきい値拡散法はそのような要求を満たす画像作成方法に寄与していくものである。
【0047】
[発明の実施の形態]
以下に本発明の実施の形態の一つにおける画像作成装置について説明する。本実施の形態における画像作成装置は、ハーフトーニング処理を行ないながら、同時に簡単な処理によりγ特性の制御をも行なうことを特徴としている。
【0048】
すなわち、従来の技術である誤差拡散法では、ハーフトーニング処理と同時にγ特性を自由に制御できなかった。また、本件出願人の出願である特願平11−237492号においては、しきい値拡散法を採用し、ハーフトーニング処理と同時にγ特性を自由に制御する技術を開示しているが、この技術によると入力値に依存させてフィードバック値に掛ける係数を変化させる必要があったため、計算処理が複雑であった。
【0049】
本実施の形態においては、画像作成装置の2値出力のオン/オフに応じてしきい値またはその反転値をフィードバックする際に、別に設定したオン/オフに対応する2種類の係数の組を用いて、しきい値およびその反転値の各々のフィードバック値の一次結合値をしきい値にフィードバックするようにしている。このような処理を行なうことにより、本実施の形態における画像作成装置は、ハーフトーニング処理を行ないながら、同時に簡単な処理によりγ特性の制御をも行なうことができる。
【0050】
図9は、本実施の形態における画像作成装置の構成を示すブロック図である。
図9を参照して、本実施の形態における画像作成装置は、図1の画像作成装置と比較して、補正しきい値出力部111の出力に係数aを掛け合わせる係数a乗算部201と、反転部113の出力に係数bを掛け合わせる係数b乗算部203とを備える。なお、しきい値処理部103の出力がオンである場合の値をOut、補正しきい値をTh(x)とすると、反転部113はOut−Th(x)の演算を行なう。
【0051】
また、本実施の形態においては図1の減算器109,115に代えて、補正値メモリ119の出力と初期しきい値発生部107の出力とを加算する加算器205と、係数a乗算部201の出力と係数b乗算部203の出力とを加算する加算器207とが用いられている。
【0052】
係数a乗算部201および係数b乗算部203は、しきい値処理部103の出力に応じて、掛け合わせる係数を変える。係数aと係数bは係数の組であり、出力部105の出力がオンである場合と、オフである場合とのそれぞれに対応する2種類の係数の組が、望まれるγ特性に応じて予め用意されている。または、予め多数の組をテーブルデータとして用意しておき、ユーザが所望のγ特性に対応するテーブルデータを選択するようにしてもよい。
【0053】
図10は係数aおよび係数bの具体例を示す図である。図を参照して、出力部105の出力がオンであるときに、係数aとして数値a1が、係数bとして数値b1が選択される。この係数が補正しきい値およびその反転値のそれぞれに掛け合わされた後、加算器207で加算される。
【0054】
一方、出力部105の出力がオフである場合には、係数aとして数値a2が、係数bとして数値b2が選択され、処理が行なわれる。
【0055】
なお、図11に示されるように数値a1=1、b1=0、a2=0、b2=−1とすると、通常のしきい値拡散法(上述の参考例)による処理と同等の処理が行なわれる。
【0056】
なお、各係数の値に制限はないが、適切なγ特性の制御を行なうためには、各係数は−1から1までの値をとるのが望ましい。但し、特殊な目的のために意図的に極端なγ特性を出力画像に持たせようとするのであれば、各係数の絶対値が1を越えるようにしてもよい。
【0057】
たとえば出力部105の出力がオンであるときに出力部105が255を、オフであるときに0を出力するものとし、その時点における補正しきい値がTh(x)であるとすると、フィードバックされる値(加算器207の出力値)は以下の式で表わされる。
【0058】
a1×Th(x)+b1×(255−Th(x)):出力=オン=255の場合
a2×Th(x)+b2×(255−Th(x)):出力=オフ=0の場合
以上の計算式により算出された値にフィードバック係数βが掛けられ、未処理の画素の処理を行なうためのしきい値に重み付け計算に基づいて拡散されることとなる。
【0059】
次に、本実施の形態における処理結果をグラフにより示す。
図12に示される係数b1、a2を任意に変更し、出力される画像の特性を検討した。すなわち、図12に示されるように出力部105の出力がオンである場合の係数aは常に1とし、出力部105の出力がオフである場合の係数bは常に−1とした。そして、出力部105の出力がオンである場合の係数bをb1とし、出力部105の出力がオフである場合の係数aをa2としている。
【0060】
この処理においては、100×100画素からなる入力画像を実際に処理し、入力画像の画素値と出力画像のドット密度との関係をグラフにまとめた。入力画像の画素値はすべての画素(100×100の画素)で一様であり、その値をフルレンジ(すなわち0から255まで)の間で変化させて処理を繰返した。
【0061】
すなわち、1つの処理条件(1つの係数の設定条件)に対して、256回の処理を行ない、256通りの出力画像を得た。この処理結果である256通りの画像の白と黒とのドットをカウントし、256通りのドット密度を得た。
【0062】
図13〜図18はそのようにして得られた、入力画像の画素値(横軸)と出力画像のドット密度(縦軸)との関係を示すグラフである。それぞれのグラフに示される曲線が特定の係数の組を設定した場合における出力結果である。グラフは6つあるが、それぞれにおいて係数の設定を変えてある。これにより、係数の設定を変えることにより、出力画像のγ特性を効果的に制御できることがわかる。
【0063】
なお、係数の組の設定は図13〜図18のそれぞれにおいて以下の通りである。
【0064】
図13:b1=1、a2=1
図14:b1=0.8、a2=0.8
図15:b1=0.5、a2=0.5
図16:b1=−0.8、a2=0.8
図17:b1=−0.8、a2=−0.8
図18:b1=1、a2=0
次に、本実施の形態における画像処理により出力画像のγ特性の制御ができる理由について図19および図20を参照して説明する。
【0065】
図19および図20に示されるグラフの横軸は、その時点での補正しきい値Th(x)を示し、縦軸はフィードバックされる値(加算器207の出力)を示している。なお、グラフにおいてONで示される線分は、出力がオンの場合の関係を示し、OFFで示される線分は出力がオフの場合の関係を示す。なお、グラフにおいてFBは、オン/オフが混合した場合のフィードバックされる値を推定したものである。
【0066】
図19は、通常のしきい値拡散(上述の参考例)による処理を示し、図20は本実施の形態において係数b1=a2=0.5、係数a1=1、係数b2=−1と設定した場合の処理を示している。
【0067】
図に示されるように、通常のしきい値拡散の場合(図19)ではFBの値がしきい値に対して線型であるのに比較して、図20に示される例では係数を変えたためにFBの値が非線型となっている。これにより、本実施の形態では出力の特性を非線型にすることができることがわかる。
【0068】
以上のように、本実施の形態におけるアルゴリズムを採用することにより、簡単な処理でハーフトーニング処理と同時に出力画像のγ特性の制御を行なうことができる。また、その方法としては望むγ特性に応じて2組の係数を予め設定、もしくはその都度選択するだけでよいため、使い勝手がよく、装置のコストも安価なままとすることができる。さらに計算量も少なくて済む。また、本実施の形態によると、ハーフトーニングに先立って別途γ補正を行なう装置よりも簡便で負荷の小さい装置を提供することができる。
【0069】
なお、上述の本実施の形態におけるアルゴリズムが適用されるのは、プリンタやディスプレイその他のデジタル画像を出力する装置向けに出力画像を形成するような場面であり、入力画像データを出力装置向けの出力画像データに変換するときである。さらに、出力の階調レベルが限定され、いわゆるハーフトーニング処理が必要な場合であり、かつ入力に対して出力が線型でなくγ補正が必要である場合に本発明を有効に適用することができる。このような場合、必要な処理を簡便に低負荷ですませ、かつ要求に沿った品質のよい出力画像を得ることが可能となる。
【0070】
尚、上記の説明では256階調の入力画像から2階調の出力画像への変換だけを示しているが、任意の入力階調から任意の出力階調への変換も同様の手法で可能である。
【0071】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例における画像作成装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 補正値メモリ119の作用を説明するための図である。
【図3】 組織的ディザ法を用いたハーフトーン処理結果を示す図である。
【図4】 誤差拡散法を用いたハーフトーン処理結果を示す図である。
【図5】 しきい値拡散法によるハーフトーン処理結果を示す図である。
【図6】 しきい値拡散法によるハーフトーン処理結果を示す図である。
【図7】 誤差拡散法によるハーフトーン処理結果を示す図である。
【図8】 エッジ強調を伴った誤差拡散法を用いたハーフトーン処理結果を示す図である。
【図9】 本発明の実施の形態における画像作成装置の構成を示すブロック図である。
【図10】 設定する2種類の係数の組の例を示す図である。
【図11】 通常のしきい値拡散と処理結果が同等となる係数の組を示す図である。
【図12】 係数の設定例を示す図である。
【図13】 本実施の形態における効果を示す第1の図である。
【図14】 本実施の形態における効果を示す第2の図である。
【図15】 本実施の形態における効果を示す第3の図である。
【図16】 本実施の形態における効果を示す第4の図である。
【図17】 本実施の形態における効果を示す第5の図である。
【図18】 本実施の形態における効果を示す第6の図である。
【図19】 通常のしきい値拡散法における修正しきい値とフィードバックされる値の関係を示す図である。
【図20】 本実施の形態のしきい値拡散法における修正しきい値とフィードバックされる値の関係を示す図である。
【図21】 誤差拡散法を用いた画像処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
101 イメージ入力部、103 しきい値処理部、105 2値イメージ出力部、107 しきい値発生部、109 減算部、111 補正しきい値出力部、113 反転部、115 減算部、117 フィードバック係数乗算部、119 補正値メモリ、201 係数a乗算部、203 係数b乗算部、205 加算器、207 加算器。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method, and more particularly to an image processing apparatus and an image processing method capable of creating an image with reduced gradation by using a threshold value.
[0002]
[Prior art]
Digital image handling is the mainstream of current image processing. When displaying or outputting a digital image, it is often necessary to express the gradation of the image with a smaller gradation level due to restrictions due to the characteristics of the output device. From the beginning, various digital halftoning image processing techniques have been studied, such as a binarization processing method that reproduces gradation using only white and black dots as pseudo halftone processing.
[0003]
The systematic dither method, error diffusion method, and various methods of those systems still in use have been developed and improved since the 1960s. In recent years, with the development of calculation processing hardware, a method for directly searching for an optimal pixel arrangement has been developed, such as a cost minimization method.
[0004]
Each of these halftoning methods has advantages and disadvantages depending on the purpose of use, and various issues and countermeasures have been studied. For example, the organized dither method is easy to process and easy to use, but the reproduced image quality is not good. Although the error diffusion method requires more computation than the dither method, the image quality is excellent.
[0005]
Various optimization methods such as neural networks, genetic algorithms, and simulated annealing are used in direct optimization methods such as cost minimization methods. By adopting these methods, it is easy to incorporate visual models and output device models into the process, and the degree of freedom of processing is expanded. However, there is a problem that the amount of calculation becomes enormous because it repeatedly calculates and searches for an optimal state.
[0006]
These challenges change as technology advances. The problem that the amount of calculation when the optimal search method is directly used becomes enormous may be solved by the advancement of hardware that defines the calculation processing speed. However, simpler calculation processing is desired from the viewpoint of widespread use of simple and high-quality output devices.
[0007]
Further, as a common problem, there is a problem of a trade-off between resolution and gradation. This may also be solved by increasing the output gradation level of the output device itself and improving the resolution characteristics. However, for example, an increase in the chance that characters are processed as an image may be considered, and it is desired to perform these processes as simply as possible.
[0008]
Conventionally, for example, a method of determining an image region requiring gradation and an image region requiring resolution and changing a processing method in each region according to the determination result, a method of using a plurality of processing methods in combination, etc. It has been studied as a means for improving image processing. However, in order to execute them, it is necessary to develop and add a new process such as area discrimination, which is not a simple method. From the standpoint of balance with hardware (output device), it would be desirable to achieve the object of maintaining good resolution and gradation by processing similar to the error diffusion method.
[0009]
FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of an image processing apparatus that executes a conventional error diffusion method.
[0010]
Referring to the figure, the image processing apparatus includes an input unit 501 that inputs a pixel value of one pixel of a multi-valued image, a subtracter 503 that subtracts an error diffused from the input pixel value, and a subtracter 503. Are output as corrected pixel values, a threshold processing unit 507 that performs threshold processing on the output of the output unit 505 to form binary data, and a threshold processing unit 507 An output unit 509 that outputs the output as pixel data, a subtraction unit 511 that subtracts the output of the output unit 505 from the output of the threshold processing unit 507, and a pixel whose output is output from the subtraction unit 511 And an error memory 513 for diffusing the pixels around the pixel of interest.
[0011]
An image created by the error diffusion method has a unique texture. However, as the blue noise characteristic is pointed out, the texture is not visually noticeable. In the dither method, a method of setting a dither pattern so as to obtain the blue noise characteristic more easily has been studied. However, since the error diffusion method adaptively generates a dot pattern for the input image, the characteristics of the input image can be reflected more than the dither method.
[0012]
In this respect, the error diffusion method outperforms the dither method in terms of image quality, but there is also noise specific to the error diffusion method. This is because the texture changes in a gentle gradation change area, and there appears to be a boundary line even in an area without a boundary (texture shift), or white or black in a black or white gradation area. This is a phenomenon that makes it easier to arrange the dots in a line.
[0013]
In order to prevent these phenomena, various improved methods such as modulation of error diffusion weighting factors and threshold values have been developed. In addition, regarding the resolution, the inherent edge enhancement characteristic has been pointed out, but it cannot be said to be sufficient.
[0014]
In addition, the error diffusion method cannot freely control the γ characteristic simultaneously with the halftoning process.
[0015]
Further, the error diffusion method functions so as to reproduce the pixel values of the input image on average based on the algorithm. That is, it functions to reproduce the local zeroth order component of the image. On the other hand, the error diffusion method has been improved to emphasize the first and higher order components.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image processing apparatus and an image processing method capable of eliminating the above-described drawbacks of the image processing method, improving the image quality, and controlling the γ characteristic by simple processing. Yes.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, an image processing apparatus represents a density level of each pixel.Multi-valued imageBy comparing the first image signal input from the input means for sequentially inputting the first image signal with a threshold valueTwo types of on or offThreshold processing means for generating a second image signal, and generated by the threshold processing means, Corresponding to on and off respectivelySecond image signalValue (n-1, 0)And the threshold used to generate the second image signal(Th (x))Based onAccording to the prescribed operationCalculating means for calculating a threshold value used for subsequent threshold processing of the pixel; and changing means for changing a coefficient used in the calculating means based on the second image signal generated by the threshold value processing means; Is provided.The changing means is provided with a first coefficient set (a1, b1) and a second coefficient set (a2, b2) having different coefficient sets corresponding to the γ characteristics in advance, and the second image signal is turned on and off. The first coefficient group (a1, b1) and the second coefficient group (a2, b2) are changed correspondingly. The calculation means is a1 × Th (x) + b1 × ((n−1) −Th (x)): when the second image signal is on, a2 × Th (x) + b2 × ((n−1) −Th (X)): When the second image signal is off (a1, b1, a2, b2 are coefficients, Th (x) is a threshold value used when generating the second image signal, and n is an output of the calculation means. (The number of gradations) is calculated, the value calculated by the calculation is multiplied by the feedback coefficient β, and the initial threshold value is added..
[0019]
  According to another aspect of the present invention, an image processing method represents a density level of each pixel.Multi-valued imageAn input step for sequentially inputting the first image signal, and comparing the first image signal input in the input step with a threshold valueTwo types of on or offA threshold processing step for generating a second image signal, and the threshold processing step., Corresponding to on and off respectivelySecond image signalValue (n-1, 0)And the threshold used to generate the second image signal(Th (x))Based onAccording to the prescribed operationA calculation step for calculating a threshold value used for subsequent threshold processing of the pixel, and a change step for changing a coefficient used in the calculation step based on the second image signal generated in the threshold value processing step. Prepare.In the changing step, a first coefficient set (a1, b1) and a second coefficient set (a2, b2) having different coefficient sets according to the γ characteristics are provided in advance, and the second image signal is turned on and off. The first coefficient group (a1, b1) and the second coefficient group (a2, b2) are changed correspondingly. The calculation step is a1 × Th (x) + b1 × ((n−1) −Th (x)): when the second image signal is on, a2 × Th (x) + b2 × ((n−1) −Th (X)): When the second image signal is off (a1, b1, a2, b2 are coefficients, Th (x) is a threshold value used when generating the second image signal, and n is an output of the calculation means. The number of gradations) is calculated. Then, the value calculated by the calculation is multiplied by the feedback coefficient β. Further, addition with the initial threshold value is performed.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Reference example]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image creating apparatus according to a reference example of the present invention. The image binarization process executed by this apparatus is referred to as “threshold diffusion method”. In the drawing of this case, the part enclosed by a normal rectangle is a part that performs some arithmetic processing, and the part enclosed by a rounded rectangle is a part that does not perform arithmetic processing and only outputs a value. Is shown.
[0022]
Referring to the figure, an image creating apparatus includes an image (pixel value) input unit 101, a threshold processing unit 103, a binary image output unit 105, an inversion unit 113, and an initial threshold generation unit 107. , Subtractor 109, correction threshold value output unit 111, subtractor 115, coefficient multiplier 117, and correction value memory 119.
[0023]
One pixel value (0 to 1) of the multi-valued image is input to the image input unit 101. For example, when a 256-level multi-value image n (0 to 255) is handled, a value (n / 255) normalized to 0 to 1 is input to the image input unit 101. The threshold processing unit 103 compares the correction threshold Th (x) output from the correction threshold output unit 111 with the pixel value input to the image input unit 101. If pixel value ≧ correction threshold Th (x), the threshold processing unit 103 outputs “1”, and if pixel value <correction threshold Th (x), the threshold processing unit 103. Outputs “0”. As a result, the binary image output unit 105 outputs a binary image of “0” or “1”.
[0024]
The initial threshold value generator 107 outputs the initial threshold value Th (x) before correction. The initial threshold value Th (x) before correction may be a constant value or may be changed according to the pixel position so as to form a dither pattern.
[0025]
The subtractor 109 reads the correction value stored in the correction value memory 119 corresponding to the pixel to be processed (target pixel), and subtracts the correction value from the initial threshold value Th (x). The result is set as a correction threshold Th (x).
[0026]
The inversion unit 113 inverts the output of the threshold processing unit 103. That is, the inversion unit 113 outputs “1” if the output of the threshold processing unit 103 is “0”, and “0” if the output is “1”.
[0027]
The subtracting unit 115 subtracts the correction threshold value Th (x) from the output of the inverting unit 113 and outputs the result. The coefficient multiplier 117 multiplies the output of the subtractor 115 by a feedback coefficient β set between 0 and 1 and outputs the result. Note that β = 0 means that threshold value diffusion is not performed.
[0028]
The correction value memory 119 is a memory for distributing the output result of the coefficient multiplication unit 117 to the correction value of the threshold value for the peripheral pixels of the pixel to be processed. Referring to FIG. 2, when a pixel to be processed is indicated by a white circle, the output result of the coefficient multiplier 117 is a ratio (weighting coefficient) of 1 to 32 with the threshold correction value for the surrounding pixels. It is sorted and stored.
[0029]
As shown in FIG. 2, the number of pixels to which the output result of the coefficient multiplier 117 is to be distributed is increased compared to the normal error diffusion method. This is to eliminate the monotony of the value. In other words, the error diffusion method performs diffusion processing on input values (pixel values) that change in various ways, whereas the threshold diffusion method performs diffusion processing on a threshold value that is constant or nearly constant. It is because there are many cases to do. When the initial threshold value before correction is not a constant value but takes various values, the number of pixels to be distributed may be reduced.
[0030]
In comparison with the block diagram of the image processing apparatus using the error diffusion method (FIG. 21), in the apparatus using the threshold diffusion method, inversion processing is performed by the inversion unit 113 when the output is fed back. . This is a process for changing the output result to the output viewed from the threshold side because the output result is the output viewed from the input value side.
[0031]
Further, the feedback coefficient β is multiplied by the coefficient multiplier 117 when feedback to the threshold value. This is a threshold value diffusion method that functions only to reproduce the threshold value on average unless the feedback coefficient β is multiplied. Is a process for causing the input value to be reproduced on average.
[0032]
The operation and effect of the threshold value diffusion method are shown below by comparison with the error diffusion method. As can be seen by comparing the image processing apparatus using the error diffusion method shown in FIG. 21 and the apparatus using the threshold value diffusion method shown in FIG. 1, in the error diffusion method, the input pixel value and the output However, the threshold diffusion method is greatly different in that the difference between the threshold value and the output is fed back to the threshold value. In other words, the object for calculating the difference from the output and the object for feeding back the difference are input values (input pixel values) in the error diffusion method, whereas they are threshold values in the threshold diffusion method. Yes. In the threshold diffusion method, the same texture (blue noise characteristic) as that of the error diffusion method can be obtained by the feedback algorithm.
[0033]
FIG. 3 shows a halftone processing result using a systematic dither method using a 4 × 4 pixel fat-type pattern, FIG. 4 shows a halftone processing result using an error diffusion method, and FIG. 5 shows an initial threshold value. The halftone processing result by the threshold value diffusion method (feedback coefficient β = 0.5) when a constant value is used as Th (x) is shown.
[0034]
When the systematic dither method is employed, the gradation and resolution are the worst. When the error diffusion method is used, both gradation and resolution are improved as compared with the dither method. However, when the threshold value diffusion method is used, the error diffusion method exceeds the error diffusion method in particular. With regard to the gradation and texture, the threshold value diffusion method can obtain almost the same result as the error diffusion method. In particular, in the threshold value diffusion method, the occurrence of a texture shift is observed as in the error diffusion method. However, the defect that the dots are arranged in a line in a region close to black or white that is generated in the error diffusion method does not occur in the threshold diffusion method.
[0035]
FIG. 6 shows a halftone processing result by the threshold value diffusion method (feedback coefficient β = 0.5) using a fat-type dither pattern of 4 × 4 pixels as the initial threshold value Th (x). Shows a halftone processing result by an error diffusion method in which a fat-type pattern of 4 × 4 pixels is modified as a threshold value, and FIG. 8 shows a halftone processing result using an error diffusion method with edge enhancement. .
[0036]
By using the dither pattern as the initial threshold Th (x) in the threshold diffusion method, the texture shift can be improved. Similar improvements have been made in the error diffusion method. However, this improvement does not adversely affect other characteristics such as resolution in the threshold diffusion method, and the threshold diffusion method is still superior to the error diffusion method. By using the error diffusion method with edge enhancement, the resolution is still improved. However, even in this case, since it is restricted by the essential function of the error diffusion method of reproducing the average input value, sufficient reproducibility cannot be obtained particularly with a thin line with low contrast.
[0037]
The characteristics of the output image quality of the binarization processing by the threshold value diffusion method are as already described. The process for producing such image quality will be described in comparison with the error diffusion method.
[0038]
The error diffusion method uses the input value to the maximum, that is, it makes an image reflecting the input value by a method of adaptively determining the dot arrangement using the process of feeding back the error between output and input to the input. On the other hand, in the threshold diffusion method, the input value is not directly involved in the feedback. In the threshold diffusion method, the input value is only used for comparison to determine the output value. That is, the output on (“1”) or off (“0”) is fed back, but the input value itself does not enter the feedback process.
[0039]
However, in the threshold value diffusion method, as described above, by setting the feedback coefficient β to an appropriate value, the input value can be reflected in the output result, that is, the gradation of the input image can be reproduced. is there.
[0040]
Further, the error diffusion method essentially functions to reproduce the input value locally on the essence, but the threshold diffusion method does not. This also seems to be disadvantageous for reproduction of the input image, but conversely it is difficult to be constrained by the input value.
[0041]
A case will be described in which the function of the error diffusion method of average reproduction of input values is constrained. For example, assume a case where there is a gray line, ie, a low contrast thin line, against a white background. In this case, since it is gray, the dot density is determined according to the degree. Assuming 50% gray, half the dots of white and black must exist on average. Then, since it is a thin line, if half of the dots constituting the line are made white, the solid line may become a dotted line in an extreme case. In other words, we want to increase the number of black dots and bear white dots around them, but since the surroundings are originally white, it is impossible to distribute more white dots around them. That is, since the density of the thin gray line is reproduced on average, the characteristic as a line may be destroyed.
[0042]
In such a case, it is better to reproduce the line characteristic, that is, the low contrast edge characteristic, even if the gray level of the line is ignored to some extent. The function of the error diffusion method gives priority to the reproduction of the local zero-order component (low frequency component). However, depending on the nature of the image, it may be desirable to prioritize local first-order or higher-order components (high-frequency components). For example, in a portion where there are relatively small irregularities locally, It is desirable to give priority to the reproduction of the first or higher order component, that is, the unevenness, over the reproduction of the average level. Of course, the zero-order component may be reproduced in the gentle gradation portion.
[0043]
On the other hand, as described above, in the threshold value diffusion method, emphasis is placed on the reproduction of a local first-order or higher-order component. Therefore, even in the case where a thin gray line exists on the white background described above, which is limited by the function of the error diffusion method, emphasis is placed on the reproduction of a local first-order or higher-order component. In the threshold diffusion method, good results can be obtained because the edge characteristics of the line are reproduced.
[0044]
As described above, the threshold value diffusion method functions so as to preferentially reproduce local first-order or higher components of the image input value. However, it is nevertheless possible to reproduce the local zero-order component by setting parameters. The algorithm uses the same feedback as in the error diffusion method, and the texture of the output image has the same blue noise characteristics as in the error diffusion method. Also, the amount of calculation is the same as the error diffusion method.
[0045]
By using the threshold diffusion method, it is possible to eliminate the disadvantage of the error diffusion method that dots in the background portion close to white or black are easily arranged in a line while maintaining the output image quality similar to that of the error diffusion method. Further, the threshold diffusion method has various advantages such as reproduction of low contrast edge components.
[0046]
With regard to halftone reproduction by binarization, it is considered that attention will be given to visual characteristics in the future. In that case, the balance between the overall characteristics of the observed image and the local characteristics is important. That is, it is necessary to reproduce the entire gradation while maintaining local correlation in the image. This is because the person who observes the image is thought to be psychologically balanced so that the characteristics of both are maximized. Therefore, a method is required that can easily reproduce local zeroth order components and first order or higher components of the input image. The threshold value diffusion method contributes to an image creation method that satisfies such requirements.
[0047]
[Embodiment of the Invention]
An image creating apparatus according to one embodiment of the present invention will be described below. The image creating apparatus according to the present embodiment is characterized in that the gamma characteristic is also controlled by simple processing at the same time while performing halftoning processing.
[0048]
That is, with the error diffusion method that is a conventional technique, the γ characteristic cannot be freely controlled simultaneously with the halftoning process. In Japanese Patent Application No. 11-237492, which is an application of the present applicant, a technique is disclosed in which a threshold diffusion method is employed and the γ characteristic is freely controlled simultaneously with the halftoning process. According to the above, since it is necessary to change the coefficient to be multiplied by the feedback value depending on the input value, the calculation process is complicated.
[0049]
In the present embodiment, when a threshold value or its inverted value is fed back according to on / off of binary output of the image creating apparatus, a set of two types of coefficients corresponding to separately set on / off is used. The linear combination value of each feedback value of the threshold value and its inverted value is fed back to the threshold value. By performing such processing, the image creating apparatus according to the present embodiment can also control the γ characteristic by simple processing at the same time while performing halftoning processing.
[0050]
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the image creating apparatus according to this embodiment.
Referring to FIG. 9, the image creating apparatus in the present embodiment is compared with the image creating apparatus in FIG. 1, a coefficient a multiplying unit 201 that multiplies the output of the correction threshold output unit 111 by the coefficient a, A coefficient b multiplication unit 203 that multiplies the output of the inverting unit 113 by the coefficient b. Note that if the value when the output of the threshold processing unit 103 is ON is Out and the correction threshold is Th (x), the inversion unit 113 calculates Out−Th (x).
[0051]
Further, in the present embodiment, instead of the subtracters 109 and 115 in FIG. 1, an adder 205 for adding the output of the correction value memory 119 and the output of the initial threshold value generator 107, and a coefficient a multiplier 201 And an adder 207 for adding the output of the coefficient b multiplier 203.
[0052]
The coefficient a multiplier 201 and the coefficient b multiplier 203 change the coefficients to be multiplied according to the output of the threshold processing unit 103. The coefficient a and the coefficient b are a set of coefficients, and two types of coefficient sets corresponding to the case where the output of the output unit 105 is on and the case where it is off are preliminarily set according to the desired γ characteristics. It is prepared. Alternatively, a large number of sets may be prepared as table data in advance, and the user may select table data corresponding to desired γ characteristics.
[0053]
FIG. 10 is a diagram showing specific examples of the coefficient a and the coefficient b. Referring to the figure, when the output of output unit 105 is on, numerical value a1 is selected as coefficient a and numerical value b1 is selected as coefficient b. This coefficient is multiplied by the correction threshold value and its inverted value, and then added by the adder 207.
[0054]
On the other hand, when the output of the output unit 105 is OFF, the numerical value a2 is selected as the coefficient a and the numerical value b2 is selected as the coefficient b, and processing is performed.
[0055]
As shown in FIG. 11, when the numerical values a1 = 1, b1 = 0, a2 = 0, b2 = −1, processing equivalent to processing by the normal threshold value diffusion method (the above-described reference example) is performed. It is.
[0056]
Although there is no restriction on the value of each coefficient, it is desirable that each coefficient take a value from −1 to 1 in order to appropriately control the γ characteristic. However, the absolute value of each coefficient may exceed 1 if the output image is intentionally given an extreme γ characteristic for a special purpose.
[0057]
For example, assuming that the output unit 105 outputs 255 when the output of the output unit 105 is on and 0 when it is off, and the correction threshold value at that time is Th (x), feedback is provided. (The output value of the adder 207) is expressed by the following equation.
[0058]
a1 × Th (x) + b1 × (255−Th (x)): output = on = 255
a2 × Th (x) + b2 × (255−Th (x)): output = off = 0
The value calculated by the above formula is multiplied by the feedback coefficient β, and the threshold value for processing the unprocessed pixels is diffused based on the weighting calculation.
[0059]
Next, the processing result in this Embodiment is shown with a graph.
The coefficients b1 and a2 shown in FIG. 12 were arbitrarily changed, and the characteristics of the output image were examined. That is, as shown in FIG. 12, the coefficient a when the output of the output unit 105 is on is always 1, and the coefficient b when the output of the output unit 105 is off is always -1. The coefficient b when the output of the output unit 105 is on is b1, and the coefficient a when the output of the output unit 105 is off is a2.
[0060]
In this process, an input image composed of 100 × 100 pixels was actually processed, and the relationship between the pixel value of the input image and the dot density of the output image was summarized in a graph. The pixel value of the input image is uniform for all the pixels (100 × 100 pixels), and the process was repeated while changing the value in the full range (ie, from 0 to 255).
[0061]
That is, 256 processes were performed for one processing condition (one coefficient setting condition), and 256 output images were obtained. The black and white dots of 256 images, which are the processing results, were counted to obtain 256 dot densities.
[0062]
FIGS. 13 to 18 are graphs showing the relationship between the pixel value (horizontal axis) of the input image and the dot density (vertical axis) of the output image obtained as described above. The curve shown in each graph is the output result when a specific set of coefficients is set. Although there are six graphs, the coefficient setting is changed in each. Thus, it can be seen that the γ characteristic of the output image can be effectively controlled by changing the setting of the coefficient.
[0063]
The setting of the coefficient group is as follows in each of FIGS.
[0064]
FIG. 13: b1 = 1, a2 = 1
FIG. 14: b1 = 0.8, a2 = 0.8
FIG. 15: b1 = 0.5, a2 = 0.5
FIG. 16: b1 = −0.8, a2 = 0.8
FIG. 17: b1 = −0.8, a2 = −0.8
FIG. 18: b1 = 1, a2 = 0
Next, the reason why the γ characteristic of the output image can be controlled by the image processing in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 19 and 20.
[0065]
The horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 19 and 20 represents the correction threshold Th (x) at that time, and the vertical axis represents the value to be fed back (the output of the adder 207). In the graph, a line segment indicated by ON indicates a relationship when the output is on, and a line segment indicated by OFF indicates a relationship when the output is off. In the graph, FB is an estimated value fed back when ON / OFF is mixed.
[0066]
FIG. 19 shows processing by normal threshold value diffusion (the above-mentioned reference example), and FIG. 20 is set in this embodiment as coefficient b1 = a2 = 0.5, coefficient a1 = 1, coefficient b2 = −1. It shows the processing in the case of.
[0067]
As shown in the figure, in the case of the normal threshold value diffusion (FIG. 19), the coefficient is changed in the example shown in FIG. 20 compared to the case where the FB value is linear with respect to the threshold value. The value of FB is non-linear. Thus, it can be seen that the output characteristic can be made non-linear in the present embodiment.
[0068]
As described above, by adopting the algorithm in the present embodiment, it is possible to control the γ characteristic of the output image simultaneously with the halftoning process by a simple process. Also, as the method, two sets of coefficients need only be set in advance or selected each time according to the desired γ characteristic, so that it is easy to use and the cost of the apparatus can be kept low. Furthermore, the calculation amount is small. In addition, according to the present embodiment, it is possible to provide an apparatus that is simpler and less loaded than an apparatus that separately performs γ correction prior to halftoning.
[0069]
Note that the algorithm in the above-described embodiment is applied to a scene where an output image is formed for a printer, a display, or another device that outputs a digital image, and the input image data is output to the output device. When converting to image data. Further, the present invention can be effectively applied when the output gradation level is limited, so-called halftoning processing is required, and when the output is not linear with respect to the input and γ correction is required. . In such a case, it is possible to easily carry out the necessary processing with a low load and to obtain an output image with good quality that meets the requirements.
[0070]
In the above description, only conversion from an input image with 256 gradations to an output image with two gradations is shown, but conversion from an arbitrary input gradation to an arbitrary output gradation is also possible with the same method. is there.
[0071]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an image creating apparatus according to a reference example.
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of a correction value memory 119;
FIG. 3 is a diagram showing a halftone processing result using a systematic dither method.
FIG. 4 is a diagram illustrating a halftone processing result using an error diffusion method.
FIG. 5 is a diagram showing a halftone processing result by a threshold diffusion method.
FIG. 6 is a diagram showing a halftone processing result by a threshold diffusion method.
FIG. 7 is a diagram illustrating a halftone processing result by an error diffusion method.
FIG. 8 is a diagram illustrating a halftone processing result using an error diffusion method with edge enhancement.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of an image creating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a set of two types of coefficients to be set.
FIG. 11 is a diagram showing a set of coefficients having the same processing result as normal threshold value diffusion.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of setting coefficients.
FIG. 13 is a first diagram showing an effect in the present embodiment.
FIG. 14 is a second diagram showing an effect in the present embodiment.
FIG. 15 is a third diagram showing effects in the present embodiment.
FIG. 16 is a fourth diagram showing an effect in the present embodiment.
FIG. 17 is a fifth diagram showing an effect in the present embodiment.
FIG. 18 is a sixth diagram showing an effect in the present embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing a relationship between a corrected threshold value and a value fed back in a normal threshold value diffusion method.
FIG. 20 is a diagram showing a relationship between a corrected threshold value and a value to be fed back in the threshold value diffusion method of the present embodiment.
FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus using an error diffusion method.
[Explanation of symbols]
101 Image Input Unit, 103 Threshold Processing Unit, 105 Binary Image Output Unit, 107 Threshold Generation Unit, 109 Subtraction Unit, 111 Correction Threshold Output Unit, 113 Inversion Unit, 115 Subtraction Unit, 117 Feedback Coefficient Multiplication 119 correction value memory, 201 coefficient a multiplier, 203 coefficient b multiplier, 205 adder, 207 adder.

Claims (2)

各画素の濃度レベルを表わす多値画像である第1画像信号を順次入力する入力手段と、
前記入力手段から入力された第1画像信号をしきい値と比較することによりオンあるいはオフの2種類の第2画像信号を生成するしきい値処理手段と、
前記しきい値処理手段で生成された、オンおよびオフにそれぞれ対応する第2画像信号の値(n−1,0)と、第2画像信号を生成する際に使用したしきい値(Th(x))とに基づく所定の演算に従って、続く画素のしきい値処理に用いるしきい値を算出する算出手段と、
前記しきい値処理手段で生成された第2画像信号に基づいて、前記算出手段において使用する係数を変更する変更手段とを備え
前記変更手段は、予めγ特性に応じた互いに係数の組が異なる第1の係数組(a1,b1)および第2の係数組(a2,b2)が設けられ、第2画像信号がオンおよびオフにそれぞれ対応して第1の係数組(a1,b1)および第2の係数組(a2,b2)に変更し、
前記算出手段は、
a1×Th(x)+b1×((n−1)−Th(x)):第2画像信号がオンの場合、
a2×Th(x)+b2×((n−1)−Th(x)):第2画像信号がオフの場合
(a1,b1,a2,b2は係数、Th(x)は第2画像信号を生成する際に使用したしきい値、nは前記算出手段の出力階調数)の演算を行ない、
そして、前記演算により算出された値にフィードバック係数βを掛ける演算を行い、さらに、初期のしきい値との加算を行なう、画像処理装置。
Input means for sequentially inputting a first image signal which is a multi-valued image representing the density level of each pixel;
Threshold value processing means for generating two types of second image signals that are on or off by comparing the first image signal input from the input means with a threshold value;
The value (n-1, 0) of the second image signal corresponding to each of on and off generated by the threshold processing means, and the threshold value used when generating the second image signal (Th ( according based rather predetermined calculation in the x)), and calculating means for calculating a threshold value used for thresholding the subsequent pixel,
Changing means for changing a coefficient used in the calculating means based on the second image signal generated by the threshold processing means ;
The changing means is provided with a first coefficient set (a1, b1) and a second coefficient set (a2, b2) having different coefficient sets according to the γ characteristics in advance, and the second image signal is turned on and off. Corresponding to the first coefficient group (a1, b1) and the second coefficient group (a2, b2),
The calculating means includes
a1 × Th (x) + b1 × ((n−1) −Th (x)): When the second image signal is on,
a2 × Th (x) + b2 × ((n−1) −Th (x)): When the second image signal is off
(A1, b1, a2, b2 are coefficients, Th (x) is a threshold value used when generating the second image signal, and n is the number of output gradations of the calculation means),
An image processing apparatus that performs an operation of multiplying the value calculated by the operation by a feedback coefficient β, and further adds an initial threshold value .
各画素の濃度レベルを表わす多値画像である第1画像信号を順次入力する入力ステップと、An input step for sequentially inputting a first image signal which is a multi-valued image representing the density level of each pixel;
前記入力ステップにより入力された第1画像信号をしきい値と比較することによりオンあるいはオフの2種類の第2画像信号を生成するしきい値処理ステップと、A threshold value processing step for generating two types of second image signals that are turned on or off by comparing the first image signal inputted in the input step with a threshold value;
前記しきい値処理ステップで生成された、オンおよびオフにそれぞれ対応する第2画像信号の値(n−1,0)と、第2画像信号を生成する際に使用したしきい値(Th(x))とに基づく所定の演算に従って、続く画素のしきい値処理に用いるしきい値を算出する算出ステップと、The value (n-1, 0) of the second image signal corresponding to each of ON and OFF generated in the threshold processing step and the threshold value (Th ( a calculation step for calculating a threshold value used for threshold processing of a subsequent pixel according to a predetermined calculation based on x));
前記しきい値処理ステップで生成された第2画像信号に基づいて、前記算出ステップにおいて使用する係数を変更する変更ステップとを備え、A changing step of changing a coefficient used in the calculating step based on the second image signal generated in the threshold processing step;
前記変更ステップは、予めγ特性に応じた互いに係数の組が異なる第1の係数組(a1,b1)および第2の係数組(a2,b2)が設けられ、第2画像信号がオンおよびオフにそれぞれ対応して第1の係数組(a1,b1)および第2の係数組(a2,b2)に変更し、In the changing step, a first coefficient set (a1, b1) and a second coefficient set (a2, b2) having different coefficient sets according to γ characteristics are provided in advance, and the second image signal is turned on and off. Corresponding to the first coefficient group (a1, b1) and the second coefficient group (a2, b2),
前記算出ステップは、The calculating step includes:
a1×Th(x)+b1×((n−1)−Th(x)):第2画像信号がオンの場合、a1 × Th (x) + b1 × ((n−1) −Th (x)): When the second image signal is on,
a2×Th(x)+b2×((n−1)−Th(x)):第2画像信号がオフの場合a2 × Th (x) + b2 × ((n−1) −Th (x)): When the second image signal is off
(a1,b1,a2,b2は係数、Th(x)は第2画像信号を生成する際に使用したしきい値、nは前記算出手段の出力階調数)の演算を行ない、(A1, b1, a2, b2 are coefficients, Th (x) is a threshold value used when generating the second image signal, and n is the number of output gradations of the calculation means),
そして、前記演算により算出された値にフィードバック係数βを掛ける演算を行い、さらに、初期のしきい値との加算を行なう、画像処理方法。An image processing method that performs an operation of multiplying the value calculated by the operation by a feedback coefficient β, and further adds an initial threshold value.
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