JP4192351B2 - 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66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】
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。
【0015】
【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。
【0016】
【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、所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す第1画像信号を、前記所定の階調数より少ない階調数の第2画像信号に変換する画像処理装置であって、各画素の第1画像信号を順次入力して、各画素の濃度レベルを所定のしきい値と比較し、第2画像信号に変換するコンバータと、コンバータから出力される第2画像信号の信号レベルと前記しきい値とに基づいて、続く画素の変換で用いられる前記所定のしきい値を補正するフィードバック回路とを備える。
【0017】
好ましくはフィードバック回路は、フィードバック回路におけるフィードバック値を制御する制御手段を備える。
【0018】
好ましくは制御手段は、フィードバック係数を設定するフィードバック係数設定器を備える。
【0019】
好ましくはフィードバック係数設定器は、フィードバック係数を変更可能である。
【0020】
好ましくはフィードバック係数設定器は、コンバータで変換される各画素の濃度レベルに応じて変化するフィードバック係数を設定する。
【0021】
好ましくはフィードバック係数設定器は、コンバータで変換される各画素の各濃度レベルとフィードバック係数との間の所定の関係に基づいて、フィードバック係数を算出する算出部と、算出部で用いられる所定の関係を変更する手段とを備える。
【0022】
好ましくはフィードバック回路は、フィードバック回路によるフィードバック値を、続いて変換される複数の周辺画素に、各周辺画素ごとに設定された重みに応じて分散させる補正値メモリを備える。
【0023】
好ましくは補正値メモリの重みは変更可能とされる。
好ましくは画像処理装置は、各画素の変換に対して変化する値を所定のしきい値として発生させるしきい値発生部をさらに備える。
【0024】
好ましくはしきい値発生部は、変換する画素の位置に応じて所定のしきい値を変化させる。
【0025】
好ましくはしきい値発生部は、変換する画素の濃度レベルに応じて所定のしきい値を変化させる。
【0026】
好ましくは画像処理装置は、コンバータの前に設けられ、コンバータで変換される各画素の濃度レベルに所定の係数を乗算する乗算器をさらに備える。
【0027】
好ましくは所定の係数は変更可能とされる。
好ましくは画像処理装置は、第1画像信号のレベルと、変換後の第2画像信号のレベルとの間の関係を示す階調特性を、所定のしきい値およびフィードバック係数の少なくとも1つを変更することにより調整する。
【0028】
好ましくは画像処理装置は、第1画像信号の最大レベルおよび最小レベルに対する階調特性を固定し、最大レベルと最小レベルとの間の中間レベルの階調特性を、所定のしきい値およびフィードバック係数の少なくとも1つを変更することにより調整する。
【0029】
好ましくは画像処理装置は、画像処理装置内のいずれかの信号に、変換する第1画像信号とは関係のない信号成分を重畳する。
【0030】
好ましくは重畳する信号成分は、周期的なパターンを表わす。
好ましくは周期的なパターンは、分散型ディザパターン、集中型ディザパターン、ライン型パターンのいずれかである。
【0031】
好ましくは重畳する信号成分は、ランダムノイズである。
好ましくはランダムノイズは、ホワイトノイズ、ブルーノイズ、ピンクノイズのいずれかである。
【0032】
好ましくはフィードバック回路は、コンバータから出力される第2画像信号の信号レベルの反転値としきい値との差をフィードバックする。
【0033】
この発明の他の局面に従うと、画像処理方法は、所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す第1画像信号を、所定の階調数より少ない階調数の第2画像信号に変換する画像処理方法であって、各画素の第1画像信号を順次入力して、各画素の濃度レベルを所定のしきい値と比較し、第2画像信号に変換する変換ステップと、変換ステップにより出力される第2画像信号の信号レベルとしきい値とに基づいて、続く画素の変換で用いられる所定のしきい値を補正するフィードバックステップとを備える。
【0034】
好ましくはフィードバックステップは、フィードバックステップにおけるフィードバック値を制御する制御ステップを含む。
【0035】
好ましくは画像処理方法は、各画素の変換に対して変化する値を所定のしきい値として発生させるしきい値発生ステップをさらに備える。
【0036】
好ましくは画像処置方法は、第1画像信号のレベルと変換後の第2画像信号のレベルとの間の関係を示す階調特性を、所定のしきい値およびフィードバック係数の少なくとも1つを変更することにより調整する。
【0037】
好ましくは画像処理方法は、第1画像信号の最大レベルおよび最小レベルに対する階調特性を固定し、最大レベルと最小レベルとの間の中間レベルの階調特性を、所定のしきい値およびフィードバック係数の少なくとも1つを変更することにより調整する。
【0038】
この発明のさらに他の局面に従うと、画像処理装置は、所定の階調数で各画素の濃度レベルを示す第1画像信号を、所定の階調数より少ない階調数の第2画像信号に変換する画像処理装置であって、各画素の第1画像信号を順次入力して、第2画像信号の階調数に対応した区分に区分けする区分回路と、区分回路で区分けされた区分内で、入力した第1画像信号を正規化する正規化回路と、正規化回路で正規化された第1画像信号を順次入力して、各画素の信号レベルを所定のしきい値と比較するコンパレータと、コンパレータから出力される比較結果と所定のしきい値とに基づいて、続く画素の変換で用いられる所定のしきい値を補正するフィードバック回路と、コンパレータから出力される比較結果と区分回路で区分けされた区分に応じて、各画素に第2画像信号の階調レベルを割り当てる割り当て回路とを備える。
【0039】
好ましくはフィードバック回路は、フィードバック回路におけるフィードバック値を制御する制御手段を備える。
【0040】
好ましくはフィードバック回路は、フィードバック回路によるフィードバック値を、続いて変換される複数の周辺画素に、各周辺画素ごとに設定された重みに応じて分散させる補正値メモリを備える。
【0041】
好ましくは画像処理装置は、各画素の変換に対して変化する値を所定のしきい値として発生させるしきい値発生部をさらに備える。
【0042】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1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。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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
なお、誤差拡散法を用いた画像処理装置のブロック図(図66)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。
【0052】
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、これは以下で述べるように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。
【0053】
以下にフィードバック係数βを変更した場合の出力画像について説明する。
図9〜図11はそれぞれフィードバック係数βを1,0,0.5としてしきい値拡散法による2値化を行なった画像サンプルを示す図である。初期しきい値は中央値である0.5で一定とした。図9に示されるフィードバック係数β=1の場合においては、白と黒とのドットが画像の全面にわたりほぼ均一に半々の密度となるように分布しており、しきい値すなわち50%の濃度値が再現されている。微細構造としては入力画像のエッジ部分だけが強調され、全体的にはフラットで輪郭だけが再現されている。すなわち、入力画像の局所的な1次成分は出力画像に再現されるが、入力画像の局所的な0次成分は再現されず、代りにしきい値が再現される。尚、画像は局所的な0次成分(低周波成分)と局所的な1次以上の成分(高周波成分)とからなっている。
【0054】
一方、図10に示されるようにフィードバック係数β=0とすると、しきい値拡散を行なわないことに相当するため、単にしきい値(0.5)で入力値の大小を判別し、2値化しただけの画像となる。
【0055】
図11に示されるようにフィードバック係数βを1と0の中間値の0.5と設定すると、図9の画像と図10の画像の中間の画像となる。このサンプル画像を見てわかるように、フィードバック係数βを0.5に設定すると、しきい値ではなく入力画像の局所的な0次成分が再現されるようになる。もちろん、入力画像の局所的な1次以上の成分も再現されている。
【0056】
しきい値拡散法において局所的な0次成分として入力値が反映される仕組みを、入力値と初期しきい値と出力値との関係を示す図15〜図18を用いて説明する。参考までに、図12〜図14に、誤差拡散法を用いたときの入力値としきい値と出力値との関係を示す。
【0057】
各々の図は原点をOとして、3次元空間で入力値Im、初期しきい値Thに対する出力値Outをハッチングされた面により表示している。もちろん本来の出力はmax(“1”)とmin(“0”)の2値しかとりえないので、出力値Outは平均的な再現値つまり局所的なドット密度を示している。
【0058】
また、初期しきい値Thを中央値で一定とした場合の入力値Imに対する出力値Outを各3次元空間上に線で示した。また、図18は、初期しきい値Thを中央値で一定とした場合の入力値Imと出力値Outとの関係を2次元グラフ上で示したものである。
【0059】
図15に示されるフィードバック係数β=0の場合はしきい値拡散を行なわないことを示している。図16に示されるフィードバック係数β=1の場合においては、出力Outは初期しきい値Thのみに依存することになる。すなわち、初期しきい値Thが一定であれば出力値Outも一定となる。従って、しきい値拡散法においては、フィードバック係数βを0と1との中間とすることが重要である。
【0060】
フィードバック係数βが0から1に変化するにつれて出力値Outの関数面は傾いていき、フィードバック係数β=0.5においては、図17に示されるように入力値Imと初期しきい値Thとの両方の軸方向に対して傾きを持つようになる。すなわち、この場合において出力値Outは入力値Imと初期しきい値Thとの両方に依存する。従って、βを0.5に設定することによって、しきい値拡散法のアルゴリズムにより微細構造としては入力画像の局所的な1次以上の成分を反映しながら、さらに、入力画像の局所的な0次成分をも再現できるということになるのである。
【0061】
平均的に入力値Imを再現可能にするためにはフィードバック係数βの設定が重要であることは上に述べた通りだが、図からもわかるように通常はフィードバック係数β=0.5近辺が適当であるということになる。しかしながら、これは条件によって変化する。すなわち、フィードバック係数β=0.5が妥当であるのは、例に示したように初期しきい値が中央値で一定あるいは一定に近い場合のみであって、初期しきい値が異なる場合には最適なフィードバック係数βの値は変化する。
【0062】
たとえば、図19に示されるように初期しきい値Th(x)が入力値のような他の要素で変調されるようにすることも可能である。この場合入力値に対する依存の程度によってフィードバック係数βは変わってくる。図15〜図17から推察すると、入力値Imに対して負に依存する程度が大きくなるに従い、出力関数面は立っていき、最適なフィードバック係数βは0に近づいていく。また、入力値に対して正に依存する程度が大きくなるに従い、出力関数面は寝ていき、最適なフィードバック係数βは1に近づいていく。従って初期しきい値は何であってもよいが、それに応じてフィードバック係数βの設定を変えていく必要がある。
【0063】
このようにして出力関数面の特性を生かすようにフィードバック係数βを設定することにより、しきい値拡散法は入力値の局所的な1次以上の成分、すなわち高周波成分を優先して再現するように機能しながら、局所的な0次成分、すなわち低周波成分の再現をも行なうことができる。
【0064】
尚、図12から図14は誤差拡散法における3者の関係を示しており、図12のβ=0とは誤差拡散を実施しない場合を示している。すなわち、図12においては単純なしきい値による2値化が行なわれている。図13のβ=1とは、通常の誤差拡散法を実施することに相当している。出力値Outは入力値Imを反映している。誤差拡散法の場合、βを0と1との中間にしても、出力関数は入力値がしきい値に近い部分で入力値を反映し、入力値がmaxとminに近い部分においては単純な2値化が行われるだけで大した意味を持たない。すなわち、誤差拡散法においては、βを0と1の中間にしてもそれは単なる不十分な誤差拡散となるだけである。
【0065】
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66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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
図23は、しきい値拡散法による具体的な演算例を説明するための図である。図を参照して、減算部109,115と、しきい値処理部103と、係数乗算部117と、反転部113とによって、装置内の数値がどのように変化するかが示されている。
【0078】
具体的には、初期しきい値(しきい値th)、入力値(入力)、および係数βに対して、減算部109の出力(補正しきい値Mod th)と、しきい値処理部103の出力と、反転部113の出力(反転出力)と、減算部115の出力(FB)と、係数乗算部117の出力(FB*β)とがどのように変化するかが示されている。ここに、角谷繁明「誤差拡散法の高画質化技術」日本写真学会誌60巻6号pp.353〜356に倣って、しきい値拡散の助走区間を概算する。
【0079】
ひとつの階調が出力の最大値に対して1/255(=0.00392)のとき、しきい値が1方向に1次元的に拡散されるとすると、図23の計算例からわかるように、補正しきい値(Mod th)は1ステップごとに半減していく。補正しきい値が最大値に対して1/255に達するのは、わずかに8ステップ目である。これは望ましい助走区間((255)1/2/2≒8)とほぼ等しい。誤差拡散法の場合は、128ステップ後であるから、しきい値拡散法は誤差拡散法に比べ大変有利である。ただし、実際には2次元的にしきい値は拡散されるため、1方向に1次元的に拡散する場合に比べて助走の期間は長くなる。
【0080】
次に、具体的な画像処理の結果について説明する。
図24は、処理の対象となる画像を示す図である。この画像は、0〜255の256の階調を有する。画像中の黒色の部分は251/255の濃度を示す部分であり、中央の正方形の部分は4/255の濃度を示す部分である。また、2つの矢印で示される部分に、230/255の濃度のラインが引かれている。
【0081】
上述の第1の実施の形態のしきい値拡散法を用いた画像作成装置で、図24に示される画像の2値化処理を行なった。なお、初期しきい値は0.5とし、係数βは0.5とした。また、しきい値の拡散には図2に示されるマトリックスを使った。
【0082】
図25は、その画像処理結果を示す図である。図に示されるように、しきい値拡散法を採用すると、ドット発生の遅延や尾引きが少ない。
【0083】
図26は、図24に示される画像を誤差拡散法(しきい値は0.5、誤差の拡散には図2と同じマトリックスを使った)により処理した結果を示した図である。この図からわかるように、誤差拡散法を採用した場合には、ドット発生の遅延や尾引きが激しくなる。このように、しきい値拡散法は誤差拡散法よりも優れていることがわかる。
【0084】
尚、参考までに、図27および図28に、初期しきい値を0.5、入力値を0.2としたときのしきい値拡散処理の結果を示す。図28においては、4つのステップ(1)〜(4)における各数値の流れが示されている。
【0085】
[変形例]
図1に示される構成に代えて、図19に示される構成をしきい値拡散法に採用するようにしてもよい。図19の構成では、初期しきい値Th(x)が入力値により変調される。この場合、フィードバック係数βを調整する必要がある。
【0086】
また、図1に示される構成に代えて、図20に示される構成を採用してもよい。これは、入力値に係数αを掛け合わせる乗算部302を備えたものである。係数αにより2値化処理の効果の度合いを制御することができ、エッジの強調度合いをたとえば強くすることなどが可能となる。この場合においても係数αにより適正なフィードバック係数βの値が変化するため、フィードバック係数βを調整する必要が生じる。
【0087】
なお、図19に示される装置構成と、図20に示される装置構成とを足し合わせ、初期しきい値Th(x)の入力値による変調と、入力値に対し係数αを掛け合わせる処理とを同時に行なうようにしてもよい。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態における画像処理装置は、第1の実施の形態における画像作成装置を複数用いて、複数の色成分からなる多値画像の階調を低減させる。
【0092】
ここでは、プリンタ用のC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、およびK(ブラック)の4色からなるカラー画像の処理を対象としている。
【0093】
図21は、本実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。図を参照して、画像処理装置は、カラー画像データを入力し、C、M、YおよびKの多値画像に分解して出力する入力部601と、C、M、YおよびKのそれぞれに対応した画像作成装置100a〜100dと、画像作成装置100a〜100dから出力される2値画像を重ね合わせて出力する出力部603とから構成される。
【0094】
ここに、画像作成装置100a〜100dの1つの構成として、第1の実施の形態およびその変形例の構成を用いることができる。
【0095】
図21に示される画像作成装置100a〜100dのそれぞれにおいて異なるフィードバック係数βを設定することができる。すなわち、4色を重ね合わせるときの効果を考えて、フィードバック係数を各色ごとに変えて設定してもよい。
【0096】
また、初期しきい値Th(x)についても、自由に設定することができる。つまり、適当なパターンを4種類用意してそれを初期しきい値としてもよい。このような工夫により、4色の画像データを重ね合わせたときの色再現への有利な効果を与えることができる。
【0097】
すなわち、色の重ね合わせ時に干渉によるノイズなどが発生しないように処理を行なうことができる。たとえば、ディザスクリーンを初期しきい値Th(x)として利用する処理ではスクリーンのピッチや角度を変えて4種類のスクリーンパターンを用意し、それぞれの色に対応させればよい。このようにして、本実施の形態においてはカラー画像固有の処理をすることができる。
【0098】
また、図21に示されるように4色の画像データをそれぞれ独立に処理することは処理の簡素化の目的から望ましいが、必ずしもそのようにする必要はない。
【0099】
たとえば、入力を4次元色空間でのベクトルの集合と考えて、4次元空間でのしきい値拡散を行なってもよい。その場合、フィードバックの係数も各次元の成分を持ったベクトルとして設定することになる。また、初期しきい値もその出力値がベクトルであるような関数として設定することになる(初期しきい値ベクトルTh(x))。
【0100】
しきい値拡散方式を採用することによって、第2の実施の形態においても第1の実施の形態で述べたようなメリットがあるが、それを第2の実施の形態のように適切な方法でカラー画像に適応することにより、さらに出力媒体上での各色の発色ドット配置の関係をコントロールすることができる。これにより、より綺麗な色再現に寄与することができる。たとえば本実施の形態においては、各色ごとの初期しきい値に互いに干渉し合わないようなパターンを設定することにより、それを実現することができる。
【0101】
また、各色のフィードバック係数(β)をそれぞれ独立に調整することにより、各色の階調性を制御し、出力画像の色味自体を調整することも可能である。このように、しきい値拡散方式をカラー画像に適用することにより、新たな画質調整の自由度ができてくるというメリットもある。
【0102】
すなわち、カラー画像にしきい値拡散法を採用した場合の効果として、色ごとに係数や初期しきい値を可変設定することができ、出力時のドット配置に対する調整操作が可能となる。また、出力時の階調再現にも各色独立に効果を与えることができ、色味を調整することができる。
【0103】
これらの操作を適切に行なうことにより、出力されるカラー画像の発色自体の鮮やかさや、色味の最適化など、より良好な色再現を実現することができる。
【0104】
このような発明は、デジタル化されたフルカラー階調画像を出力可能な色成分に分解し、各々の色成分について2値の出力を行なう装置などに適用することができる。特にカラープリンタなどのカラー画像出力装置は、ペーパー上に画素位置に応じてインクなどの色材を出力するが、各カラー成分の色材の出力がオン/オフの2値に制約されるものが多い。こういった場合、各色材のドット配置、面積などにより、色相や彩度といった色再現とともにハーフトーンを表現するような処理(2値化処理)が行なわれるが、こういった処理として本発明を実施することができ、その効果が生きてくる。
【0105】
すなわち、比較的簡単な計算とあまり大きくないメモリで処理を行なうことができ、オリジナルのカラー画像の階調性を十分に再現することができ、また色再現などの画質についてもより向上できるような2値化処理を提供することができる。
【0106】
[変形例]
なお、図21に示される装置構成を、図22に示されるような構成に変形してもよい。
【0107】
図22を参照して、画像処理装置は、C、M、YおよびKの画像データを入力する入力部701と、入力部701からC、M、YおよびKの画像データを順次入力し、2値画像を作成する画像作成装置100と、画像作成装置100からの出力データをC、M、YおよびKの画像データとして出力する出力部703と、C、M、YおよびKの画像処理のそれぞれに応じて初期しきい値Th(x)やフィードバック係数βを設定する設定部705と、装置全体の制御を行なう制御部707とを備える。
【0108】
この装置においては、順次入力されたC、M、YおよびKの画像データを1つの画像作成装置100でシリアルに処理し、出力するものである。また、それぞれの色成分に応じてしきい値やフィードバック係数を変更するものである。このように装置を構成することで、図21の装置と同様な動作を行なう画像処理装置を提供することが可能となる。
【0109】
[第3の実施の形態]
図29は、本発明の第3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。図を参照して、画像作成装置は、第1の実施の形態と同様に、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とを備えている。
【0110】
そして、本実施の形態において画像作成装置はさらに、係数βを入力する係数β入力部601と、初期しきい値th設定部603と、係数β設定部605とを備えている。すなわち、この画像作成装置は、ユーザによって初期しきい値thおよび係数βの少なくとも一方を設定することを特徴としている。これにより、画像再現におけるγ特性(画像再現特性)をコントロールすることができる。
【0111】
図30は、初期しきい値thおよび係数βを変化させたときのγ特性を示す図である。初期しきい値th、係数βのそれぞれにおいて、示されるグラフの横軸が入力値、縦軸が出力値を示している。
【0112】
従来技術である誤差拡散法によると、γ特性を変動させるためには、別個特性を補正するための補正関数演算部やルックアップテーブルなどを用いる必要があった。しかし、しきい値拡散法を用いると、thやβを変化させるだけでγ特性をコントロールすることができる。
【0113】
[第4の実施の形態]
図31は、本発明の第4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。図を参照して、画像作成装置は第1の実施の形態と同様に、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とを備えている。
【0114】
そして、本実施の形態において画像作成装置はさらに、初期しきい値thを設定する初期しきい値th設定部603と、係数βを算出するための係数kを出力する係数k出力部609と、入力部101の入力値、初期しきい値thおよび係数kに基づいて各画素ごとにβを算出するβ算出部611と、係数kを設定するk設定部607とから構成されている。
【0115】
図32は、β算出部611によるβの算出方法を説明するための図である。図に示されるように、入力部101からの入力値が“0”であれば、βの値には初期しきい値thが設定される。入力値がthと等しければ、βの値にはkが設定される。入力値が“1”であれば、βの値には1−thが設定される。
【0116】
図33は、本実施の形態における効果を説明するための図である。図を参照して、(A)に示されるように、入力値に応じてβを変化させることで、(B)に示されるように入力が0(最小レベル)のときに出力(ドット密度)が0、入力が1(最大レベル)のときに出力が1となるγ特性を装置に持たせることができる。
【0117】
すなわち、白やベタを表現するために、ドット密度0(=ドットを打たない)、ドット密度1(=ドット密度100%)を表現することが、多くの場合必要となってくる。また、連続した階調性を確保するために、γ特性は連続で単調(に増加、または減少する)であることが必要である。またハーフトーニング処理で求められるγ特性は必ずしもリニア(=直線)ではない。
【0118】
本実施の形態においては、このような要求を満たす画像処理を行なうことができる。すなわち、入力が0のとき、β=thとなるようにすると、入力が0(=最小値)のとき出力ドット密度が0で、かつ入力が中間レベルである場合に単調に出力が増加するという特性を得ることができる。同様に、入力が1(=最大値)のときβ=1−thとなるようにすると、入力が1のときに、出力ドット密度が1となる。また、入力が0や1以外のときにはβおよびthを入力に対して連続に自由に定めることができる。この実施の形態では、パラメータkを任意に定め、入力とβとを関係付けるという方法を取っている。このような構成にすると、thとkとを変更するだけで、必要な特性を簡単に得ることができる。
【0119】
図34は、k=0.7の状態において、thを変化させたときのγ特性の変化を示す図である。このように、thを変化させると、出力画像全体の明るさを変えることができる。
【0120】
また、図35はth=0.5の状態において、kの値を変化させたときのγ特性の変化を示す図である。このように、kを変化させることで出力画像のコントラストを変えることができる。
【0121】
[応用例]
図36(A)は、あるレーザプリンタの特性を示した図であり、印字されるドットの密度と明度L(人間の目に対する映り方)との関係を示す図である。図から明らかなように、ドット密度と明度Lとはリニアな特性ではない。もしも、図37(C)で示されるような特性が画像処理の過程で得られれば図36(B)に示されるリニアなドット密度と明度Lとの特性が得られるはずである。
【0122】
図38および図39は、kとthとを変更して得られる入力イメージと出力ドット密度との関係を示す図である。また、図40および図41は、図36(A)で示される特性を有するレーザビームプリンタに第4の実施の形態における画像作成装置を適用し、kおよびthを調整することによりγ特性を持たせた場合の入力イメージと出力明度との関係を示す図である。
【0123】
図40(D)に示されるように、誤差拡散法のみを採用し、γ補正を行なわなかった場合には、図36(B)に示されるような望ましいγ特性が得られないこととなるが、本実施の形態のようにしきい値拡散法によりkとthとを調整することで、望ましいγ特性に近いγ特性(図40の▲1▼〜▲3▼および図41の▲1▼〜▲3▼)を得ることができる。
【0124】
また、入力値の変化に基づいて図2に示される重み係数を変化させるようにしてもよい。
【0125】
さらに本実施の形態においては入力値に基づいて係数βや重み係数を変化させることとしたが、しきい値拡散アルゴリズム内の値(出力値、反転出力値、フィードバック値、補正しきい値など)に基づいて、thやβや重み係数を変化させるようにしてもよい。
【0126】
さらに、画像の種類によってthやβや重み係数を変化させてもよい。ここに、画像の種類とは画像の色(C,M,Y,Kなど)、カラー/モノクロ、イメージであるかテキストであるか、自然画であるかグラフィックであるかなどである。
【0127】
従来、誤差拡散法などを用いたデジタルハーフトーニング技術を採用した場合において、CMYKのそれぞれが同じ値の画像データ(グラフィックスでありがちな画像データ)を処理する場合では、同じドットパターンが生じ、画質を損ねていた。そこでCMYKでそれぞれth,β,重み係数のいずれかを互いに異ならせるようにすると、そのような問題を解決することができる。
【0128】
また、CMYKそれぞれの色材で一般に発色の特性は異なる。従って、好ましい特性を得るためには、従来それぞれの色について特性を補正するための補正関数演算もしくはルックアップテーブルなどを用いる必要があった。しかししきい値拡散法を用いることにより、色ごとにふさわしいth,βなどを設定するだけでCMYKそれぞれで好ましい特性を得ることができる。
【0129】
さらに、画像の種類によって好ましいγ特性は異なる。たとえばテキスト画面では高いコントラストが必要とされるが、しきい値拡散法を用いれば、βを小さく設定することにより高いコントラストを得ることができる。また、モノクロ自然画では、一般にハイキーな画面がよいとされるため、thを小さくすればよい。一般に、1つの作像手段は他種類の画像に対応しなければならないし、それぞれの画像データに対し異なったγ特性を与えることが好ましい。このような要求も、画像の種類に応じて異なったth、β、重み係数を与えれば実現できる。
【0130】
また、補正値メモリ119はフィードバック係数乗算部117の後に入れることとしたが、図31の(*)で示される位置にもってくるようにしてもよい。
【0131】
さらに、図2に示される重みをユーザの任意に変更可能としてもよい。
[第5の実施の形態]
また、図31に示される初期しきい値th設定部603およびk設定部607による設定を、図42に示されるようにセンサ651の出力に基づいて自動的に行なうようにしてもよい。すなわち、センサ651により環境値を検出し、環境値によってthやk(あるいはさらに重み係数やβ)を変化させるのである。ここに、環境値とは、温度、電源電圧、湿度、紙の種類、作像方式、色材の残量、色材の種類、経年変化、感光体、発光素子などにより定まる値である。
【0132】
作像手段のγ特性は一般に環境値によって変化する。環境値の変化によるγ特性の変化を補うためにth、k、β、重み係数を変化させるのである。また、環境値を検出する代わりに、出力部105からの出力を直接検出するようにしてもよい。
【0133】
[第6の実施の形態]
図43は、本発明の第6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。図を参照して、画像作成装置は第1の実施の形態と同様に入力部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とを備えている。
【0134】
そして、本実施の形態において画像作成装置はさらに、ノイズレベルの最大値(係数n)を設定するn設定部701と、係数nを出力する係数n出力部703と、入力値、係数nおよび初期しきい値thに基づいてノイズを発生させるノイズ発生部705と、初期しきい値thとノイズとを加算させる加算部707とを備える。
【0135】
また、画像作成装置は第4の実施の形態と同様に、係数k出力部709と、入力値、初期しきい値thおよび係数kに基づいて各画素ごとにβを算出するβ算出部701とを備えている。
【0136】
図44は、図43のノイズ発生部705の構成を示すブロック図である。
図を参照して、ノイズ発生部705は、入力値と係数nと初期しきい値thとに基づいて、ノイズレベル(N)を発生させるノイズレベル発生器705aと、周期的なノイズパターンを発生させるノイズパターン発生器705bと、ノイズレベル発生器705aの出力とノイズパターン発生器705bとの出力を掛け合わせる乗算器705cとから構成される。
【0137】
図45(A)はノイズ発生部705の処理を示す図であり、図45(B)はβ算出部701の処理を示す図である。
【0138】
図45(A)に示されるように、ノイズレベルは入力値が0であれば、0となり、入力値がthであればnとなり、入力値が1であれば0となる。
【0139】
図45(B)に示されるβ算出部701の処理は、第4の実施の形態と同じであるためここでの説明を繰返さない。
【0140】
図46〜図51はノイズパターン発生器705bが出力するパターンの具体例を示す図である。図46〜図49は集中型のディザパターンであり、図50は分散型のディザパターンであり、図51はライン型のパターンである。
【0141】
このようなパターンは予めメモリに記憶させてもよいし、画素の位置の情報からパターンを算出するようにしてもよい。このような規則的なパターンをしきい値に加えることにより、出力される画像の画質を向上させることができる。
【0142】
すなわち、しきい値拡散法では結晶化、テクスチャシフトが誤差拡散法に比べて大きい(誤差拡散法よりも格子状に規則的にドットが並ぶ傾向が強く、テクスチャシフトが目立つ)という問題点と、図34および図35示されるようにγ特特性を示すグラフに凹凸があるという問題点とがあるが、本実施の形態ではノイズを付加することによりそれらの問題点を解決することができる。
【0143】
なお、積極的にパターンを見せることにより質感の向上を図る場合には、集中型ディザパターンまたはライン型のパターンを用いるのがよい。一方、パターンを見せたくないのであれば分散型のパターンを用いるのがよい。
【0144】
[第6の実施の形態の効果]
図52および図53は、係数kと初期しきい値thとを変化させたときのγ特性の変化を示す図であり、図34および図35に対応する図である。なお、ここに係数nは0.2とした。
【0145】
図からも明らかであるように、本実施の形態によりしきい値にノイズを付加させると、γ特性の曲線に凹凸が生じることを防ぐことができる。
【0146】
また、図54はテクスチャシフトの具体例を示す図である。図において、1つの四角形内は一定濃度の現画像をしきい値拡散法により2値化した結果を示している。図に示されるように、1つの四角形内でドットパターンの変化により模様(テクスチャシフト)が現われている。
【0147】
図55、56および57はそれぞれ、本実施の形態において図46、47および51のパターンを付加した画像処理を行なった結果を示す図である。図に示されるように、本実施の形態ではテクスチャシフトの発生を防ぐことができることがわかる。
【0148】
なお、上述の実施の形態においてはノイズとして周期的パターンを加えることとしたが、ランダムノイズを加えるようにしてもよい。ここにランダムノイズとはたとえばホワイトノイズや、ブルーノイズやピンクノイズを示す。ホワイトノイズとは、すべての周波数成分を均等に含んだノイズであり、ブルーノイズとは高い周波数成分をより多く含むノイズであり、ピンクノイズとは低い周波数成分をより多く含むノイズである。
【0149】
図58は、図54に対応する原画像にホワイトノイズを付加してテクスチャシフトの改善を図った例である。
【0150】
最も一般的なノイズはホワイトノイズであり、発生も容易である。解像度を重視する場合にはブルーノイズを用いた方が一般的によい結果が得られる。逆に軟らかな質感を求める場合にはピンクノイズを用いるのがよい。
【0151】
また、ノイズはしきい値に加えることとしたが、フィードバック係数や重み係数や初期しきい値や入力値などの画像作成装置内のいずれかの信号にノイズを加えるようにしてもよい。さらに、しきい値を拡散させる範囲を広くするか狭くするかを変化させることでノイズとしてもよい。
【0152】
また、本実施の形態においては入力値によりノイズの強度を変えることとしたが、しきい値拡散アルゴリズム内の値(たとえば出力値、反転出力値、フィードバック値、初期しきい値、フィードバック係数など)に基づいて、加えるノイズの強度およびパターンを変化させるようにしてもよい。
【0153】
さらに、CMYKなどの色によって、加えるノイズの強度やパターンを変化させるようにしてもよい。すなわち複数の色を重ねて印字する場合、異なる色に同じパターンが存在すると互いに干渉して画質の低下をもたらすので好ましくない。従って色ごとに、異なった信号パターンを加えたり、強度を変えたり、パターンの角度を変えたり、周期を変えることでこのような問題を解決することができる。
【0154】
さらに、画像の種類によって、加える信号パターンの強度やパターンの種類を変化させてもよい。ここに画像の種類とは、カラー/モノクロ、イメージ/テキスト、自然画/グラフィックなどである。
【0155】
さらに、温度、湿度、電源電圧、色材残量、色材の種類、経年変化、感光体、発光素子などに基づく値である環境値によって、加える信号パターンの強度およびパターンを変化させてもよい。
【0156】
これらは画像の種類や環境値によって加える信号(ノイズ)の最適値が異なるからである。
【0157】
[出力のサンプル]
図59〜図63は、しきい値拡散法および誤差拡散法を用いた画像のプリント結果を示す図である。
【0158】
図59〜図61および図63はしきい値拡散法による出力結果を示すものであり、図62は誤差拡散法による出力結果を示すものである。
【0159】
また、図59において、しきい値拡散法に用いた係数はk=0.9,th=0.7,n=0.2であり、図60においてはk=0.9,th=0.75,n=0.2であり、図61においてはk=0.9,th=0.8,n=0.2であり、図63においてはk=0.9,th=0.7,n=0.2である。なお、これらの画像のプリントに用いたレーザプリンタは、図36(A)の特性を示すプリンタである。
【0160】
これらの出力結果からわかるように、誤差拡散法を用いた場合(図62)では、画像が黒く潰れてしまうが、しきい値拡散法を用いた場合には良好な画像を得ることができるという効果がある。
【0161】
[第7の実施の形態]
第1から第6の実施の形態は入力された多値画像を2値化処理するものであったが、第7の実施の形態はしきい値拡散法にて多値化処理を行うものである。ここで多値化処理とは、入力された例えば256階調の多値画像をそれよりも階調数の少ない例えば4階調の多値画像に変換する処理を指す。
【0162】
まず、多値化処理の基本的な考え方を説明する。図64は256階調の入力画像から4階調の出力画像への変換を説明するグラフである。図64では、入力画像を3つの区分に区切り、それぞれの区分毎にしきい値拡散法を利用した2値化処理を行っている。すなわち、区分aでは階調0と階調1の2階調を出力するしきい値拡散を行い、区分bでは階調1と階調2の2階調を出力するしきい値拡散を行い、区分cでは階調2と階調3の2階調を出力するしきい値拡散を行っている。この区分毎のしきい値拡散法を利用した2値化処理により、256階調の入力画像は階調0から階調3の4階調の出力画像に変換される。尚、区分けに利用される境界値は出力階調に応じて決定される。例えば、出力階調が0、0.4、0.8、1の4階調であるとすると、入力画像は0〜102(=255*0.4)、103〜204(255*0.8)、205〜255の3つの区分に区分けされる。
【0163】
図65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。図中、破線Aで囲った部分がしきい値拡散法にて2値化処理を行う部分であり、それ以外の部分は入力画像の区分けや出力階調の割り当てなどの処理を行う。2値化処理部分は第1から第6の実施の形態と同様の構成が利用できるため説明は省略する。尚、前述の実施の形態と同様にしきい値Th(x)やフィードバック係数βが手動あるいは自動で変更できるのは言うまでもない。以下、2値化処理部分以外の構成を説明する。
【0164】
まず多値画像(0〜1)が入力部B1に入力される。例えば256階調の画像の場合は0/255〜255/255に正規化された値が入力される。入力画像は区分け部B2により入力階調に応じて3個の区分に区分けされる。すなわち、入力画像が0〜102/255の場合は区分aに、入力画像が103/255〜204/255の場合は区分bに、入力画像が205/255〜255/255の場合は区分cに区分けされる。一方、正規化処理部B3では、区分け部B2の区分け結果に応じてそれぞれの区分内で入力画像を0〜1に正規化した値Rinを出力する。
【0165】
しきい値処理部B4は、正規化された値Rinに対してRin≧しきい値Th(x)であれば"1"を出力し、Rin<しきい値Th(x)であれば"0"を出力するという通常の2値化処理を行う。割り当て部B5では、区分け部B2での区分け結果及びしきい値処理部B4での2値化処理結果に基づいて、出力階調の割り当てを行う。すなわち、入力画像が区分aの場合、2値化処理結果が0であれば階調0を割り当て2値化処理結果が1であれば階調1を割り当てる。入力画像が区分bの場合、2値化処理結果が0であれば階調1を割り当て2値化処理結果が1であれば階調2を割り当てる。入力画像が区分cの場合、2値化処理結果が0であれば階調2を割り当て2値化処理結果が1であれば階調3を割り当てるこのように、各区分毎に2値化処理を行うことにより、256階調の入力画像を4階調の出力画像に変換することが可能になる。
【0166】
尚、上記の説明では256階調の入力画像から4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。
【0167】
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】 本発明の実施の形態の1つ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】 フィードバック係数β=1とした場合のしきい値拡散処理結果を示す図である。
【図10】 フィードバック係数β=0とした場合のしきい値拡散処理結果を示す図である。
【図11】 フィードバック係数β=0.5とした場合のしきい値拡散処理結果を示す図である。
【図12】 誤差拡散法においてβ=0である場合の入力値Imとしきい値Thと出力値Outの関係を示す図である。
【図13】 誤差拡散法においてβ=1である場合の入力値Imとしきい値Thと出力値Outとの関係を示す図である。
【図14】 しきい値が中央値である場合の入力値と出力値との関係を示す図である。
【図15】 しきい値拡散法においてβ=0である場合の入力値Imとしきい値Thと出力Outとの関係を示す図である。
【図16】 しきい値拡散法においてβ=1である場合の入力値Imとしきい値Thと出力Outとの関係を示す図である。
【図17】 しきい値拡散法においてβ=0.5である場合の入力値Imとしきい値Thと出力Outとの関係を示す図である。
【図18】 しきい値が中央値である場合の入力値と出力値との関係を示す図である。
【図19】 初期しきい値Th(x)を入力値により変調させるしきい値拡散法を用いた画像作成装置のブロック図である。
【図20】 図1の装置の変形例を示す図である。
【図21】 第2の実施の形態における画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図22】 図21の装置の変形例を示すブロック図である。
【図23】 しきい値拡散法による具体的な演算例を説明するための図である。
【図24】 処理の対象となる画像を示す図である。
【図25】 しきい値拡散法を用いた処理結果を示す図である。
【図26】 誤差拡散法での処理結果を示す図である。
【図27】 しきい値拡散処理の結果を示す図である。
【図28】 しきい値拡散処理の結果をステップごとに示した図である。
【図29】 第3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30】 初期しきい値thおよび係数βを変化させたときのγ特性を示す図である。
【図31】 第4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32】 β算出部611によるβの算出方法を説明するための図である。
【図33】 第4の実施の形態における効果を説明するための図である。
【図34】 k=0.7の状態においてthを変化させたときのγ特性の変化を示す図である。
【図35】 th=0.5の状態においてkの値を変化させたときのγ特性の変化を示す図である。
【図36】 あるレーザプリンタのドット密度と明度との関係を示す図である。
【図37】 図36のプリンタに対する好ましいγ特性を示す図である。
【図38】 thを変化させたときにおけるγ特性の変化を示す図である。
【図39】 kを変化させたときのγ特性の変化を示す図である。
【図40】 しきい値拡散法によるγ特性の変化を示す図である。
【図41】 しきい値拡散法によるγ特性の変化を示す図である。
【図42】 第5の実施の形態における画像形成装置のブロック図である。
【図43】 第6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44】 ノイズ発生部705の構成を示すブロック図である。
【図45】 ノイズ発生部とβ算出部との処理を示す図である。
【図46】 ノイズパターンの第1の例を示す図である。
【図47】 ノイズパターンの第2の例を示す図である。
【図48】 ノイズパターンの第3の例を示す図である。
【図49】 ノイズパターンの第4の例を示す図である。
【図50】 ノイズパターンの第5の例を示す図である。
【図51】 ノイズパターンの第6の例を示す図である。
【図52】 第6の実施の形態による効果を示す第1の図である。
【図53】 第6の実施の形態による効果を示す第2の図である。
【図54】 テクスチャシフトの例を示す図である。
【図55】 図46のパターンを加えた状態を示す図である。
【図56】 図47のパターンを加えた状態を示す図である。
【図57】 図51のパターンを加えた状態を示す図である。
【図58】 ホワイトノイズを付加してテクスチャシフトを改善した例を示す図である。
【図59】 しきい値拡散法による出力結果を示す第1の図である。
【図60】 しきい値拡散法による出力結果を示す第2の図である。
【図61】 しきい値拡散法による出力結果を示す第3の図である。
【図62】 誤差拡散法による出力結果を示す図である。
【図63】 しきい値拡散法による出力結果を示す第4の図である。
【図64】 第7の実施の形態における処理を示す図である。
【図65】 第7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66】 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。[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 of enormous amount of calculation in the case of using the method for performing optimal search directly 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. 66 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
[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]
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.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an image processing apparatus and an image processing method capable of solving the above-described drawbacks of the image processing method and improving the image quality.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, an image processing apparatus transmits a first image signal indicating a density level of each pixel with a predetermined number of gradations to a number of gradations smaller than the predetermined number of gradations. An image processing apparatus for converting to a second image signal, wherein the first image signal of each pixel is sequentially input, the density level of each pixel is compared with a predetermined threshold value, and converted to a second image signal And a feedback circuit for correcting the predetermined threshold value used in subsequent pixel conversion based on the signal level of the second image signal output from the converter and the threshold value.
[0017]
Preferably, the feedback circuit includes control means for controlling a feedback value in the feedback circuit.
[0018]
Preferably, the control means includes a feedback coefficient setting unit for setting a feedback coefficient.
[0019]
Preferably, the feedback coefficient setting unit can change the feedback coefficient.
[0020]
Preferably, the feedback coefficient setting unit sets a feedback coefficient that changes according to the density level of each pixel converted by the converter.
[0021]
Preferably, the feedback coefficient setting unit is configured to calculate a feedback coefficient based on a predetermined relationship between each density level of each pixel converted by the converter and the feedback coefficient, and a predetermined relationship used in the calculation unit. And means for changing.
[0022]
Preferably, the feedback circuit includes a correction value memory that distributes a feedback value from the feedback circuit to a plurality of peripheral pixels to be subsequently converted according to a weight set for each peripheral pixel.
[0023]
Preferably, the weight of the correction value memory can be changed.
Preferably, the image processing apparatus further includes a threshold value generation unit that generates a value that changes with the conversion of each pixel as a predetermined threshold value.
[0024]
Preferably, the threshold value generator changes the predetermined threshold value according to the position of the pixel to be converted.
[0025]
Preferably, the threshold value generator changes the predetermined threshold value according to the density level of the pixel to be converted.
[0026]
Preferably, the image processing apparatus further includes a multiplier that is provided in front of the converter and multiplies the density level of each pixel converted by the converter by a predetermined coefficient.
[0027]
Preferably, the predetermined coefficient can be changed.
Preferably, the image processing apparatus changes a gradation characteristic indicating a relationship between the level of the first image signal and the level of the second image signal after conversion, and changes at least one of a predetermined threshold value and a feedback coefficient. To make adjustments.
[0028]
Preferably, the image processing apparatus fixes the gradation characteristics with respect to the maximum level and the minimum level of the first image signal, and determines an intermediate level gradation characteristic between the maximum level and the minimum level as a predetermined threshold value and a feedback coefficient. Adjust by changing at least one of
[0029]
Preferably, the image processing apparatus superimposes a signal component unrelated to the first image signal to be converted on any signal in the image processing apparatus.
[0030]
Preferably, the superimposed signal component represents a periodic pattern.
Preferably, the periodic pattern is any one of a distributed dither pattern, a concentrated dither pattern, and a line pattern.
[0031]
Preferably, the signal component to be superimposed is random noise.
Preferably, the random noise is any one of white noise, blue noise, and pink noise.
[0032]
Preferably, the feedback circuit feeds back a difference between the inverted value of the signal level of the second image signal output from the converter and the threshold value.
[0033]
According to another aspect of the present invention, an image processing method converts a first image signal indicating a density level of each pixel with a predetermined number of gradations into a second image signal having a smaller number of gradations than the predetermined number of gradations. An image processing method for sequentially inputting a first image signal of each pixel, comparing a density level of each pixel with a predetermined threshold value, and converting it to a second image signal; And a feedback step of correcting a predetermined threshold value used in subsequent pixel conversion based on the signal level and threshold value of the output second image signal.
[0034]
Preferably, the feedback step includes a control step for controlling a feedback value in the feedback step.
[0035]
Preferably, the image processing method further includes a threshold generation step of generating a value that changes with the conversion of each pixel as a predetermined threshold.
[0036]
Preferably, the image processing method changes a gradation characteristic indicating a relationship between the level of the first image signal and the level of the converted second image signal, and changes at least one of the predetermined threshold value and the feedback coefficient. To adjust.
[0037]
Preferably, the image processing method fixes the gradation characteristics with respect to the maximum level and the minimum level of the first image signal, and determines an intermediate level gradation characteristic between the maximum level and the minimum level as a predetermined threshold and a feedback coefficient. Adjust by changing at least one of
[0038]
According to still another aspect of the present invention, the image processing apparatus converts the first image signal indicating the density level of each pixel with a predetermined number of gradations into a second image signal with a smaller number of gradations than the predetermined number of gradations. An image processing device for conversion, wherein the first image signal of each pixel is sequentially input and divided into sections corresponding to the number of gradation levels of the second image signal, and the section divided by the section circuit A normalization circuit that normalizes the input first image signal, and a comparator that sequentially inputs the first image signal normalized by the normalization circuit and compares the signal level of each pixel with a predetermined threshold value; Based on the comparison result output from the comparator and the predetermined threshold value, the feedback circuit corrects the predetermined threshold value used in the subsequent pixel conversion, and the comparison result output from the comparator is divided by the classification circuit. According to the classification , And a assignment circuit assigning the gray level of the second image signal to each pixel.
[0039]
Preferably, the feedback circuit includes control means for controlling a feedback value in the feedback circuit.
[0040]
Preferably, the feedback circuit includes a correction value memory that distributes a feedback value from the feedback circuit to a plurality of peripheral pixels to be subsequently converted according to a weight set for each peripheral pixel.
[0041]
Preferably, the image processing apparatus further includes a threshold value generation unit that generates a value that changes with the conversion of each pixel as a predetermined threshold value.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image creating apparatus according to the first embodiment 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.
[0043]
Referring to the figure, an image creating apparatus includes an image (pixel value)
[0044]
One pixel value (0 to 1) of the multi-value image is input to the
[0045]
The initial
[0046]
The
[0047]
The
[0048]
The subtracting
[0049]
The
[0050]
As shown in FIG. 2, the number of pixels to which the output result of the
[0051]
In comparison with the block diagram of the image processing apparatus using the error diffusion method (FIG. 66), in the apparatus using the threshold diffusion method, the inversion processing is performed by the
[0052]
Further, in the feedback to the threshold value, the
[0053]
The output image when the feedback coefficient β is changed will be described below.
9 to 11 are diagrams showing image samples binarized by the threshold value diffusion method with the feedback coefficient β set to 1, 0, 0.5, respectively. The initial threshold value was fixed at 0.5, the median value. In the case of the feedback coefficient β = 1 shown in FIG. 9, the dots of white and black are distributed so as to have a half density almost uniformly over the entire surface of the image, and a threshold value, that is, a density value of 50%. Has been reproduced. As the fine structure, only the edge portion of the input image is emphasized, and the whole is flat and only the contour is reproduced. That is, the local primary component of the input image is reproduced in the output image, but the local zero-order component of the input image is not reproduced, but the threshold value is reproduced instead. The image is composed of a local zeroth order component (low frequency component) and a local first order or higher order component (high frequency component).
[0054]
On the other hand, when the feedback coefficient β = 0 as shown in FIG. 10, this corresponds to the fact that threshold value diffusion is not performed. It becomes an image just made into.
[0055]
As shown in FIG. 11, when the feedback coefficient β is set to 0.5, which is an intermediate value between 1 and 0, an intermediate image between the image of FIG. 9 and the image of FIG. As can be seen from this sample image, when the feedback coefficient β is set to 0.5, the local zero-order component of the input image is reproduced instead of the threshold value. Of course, the local primary or higher order components of the input image are also reproduced.
[0056]
A mechanism in which an input value is reflected as a local zeroth-order component in the threshold value diffusion method will be described with reference to FIGS. 15 to 18 showing a relationship among an input value, an initial threshold value, and an output value. For reference, FIGS. 12 to 14 show the relationship among the input value, threshold value, and output value when the error diffusion method is used.
[0057]
In each figure, the origin is O, and the input value Im and the output value Out with respect to the initial threshold value Th in a three-dimensional space are displayed by hatched surfaces. Of course, since the original output can take only binary values of max (“1”) and min (“0”), the output value Out indicates an average reproduction value, that is, a local dot density.
[0058]
Further, the output value Out with respect to the input value Im when the initial threshold value Th is constant at the median value is indicated by a line on each three-dimensional space. FIG. 18 shows the relationship between the input value Im and the output value Out on a two-dimensional graph when the initial threshold value Th is constant at the median value.
[0059]
The feedback coefficient β = 0 shown in FIG. 15 indicates that threshold diffusion is not performed. In the case of the feedback coefficient β = 1 shown in FIG. 16, the output Out depends only on the initial threshold Th. That is, if the initial threshold value Th is constant, the output value Out is also constant. Therefore, in the threshold value diffusion method, it is important to set the feedback coefficient β between 0 and 1.
[0060]
As the feedback coefficient β changes from 0 to 1, the function surface of the output value Out inclines, and when the feedback coefficient β = 0.5, the input value Im and the initial threshold value Th as shown in FIG. It has an inclination with respect to both axial directions. That is, in this case, the output value Out depends on both the input value Im and the initial threshold value Th. Therefore, by setting β to 0.5, the local structure of the input image is further reflected while reflecting the first-order or higher-order components of the input image as the fine structure by the threshold diffusion algorithm. The next component can also be reproduced.
[0061]
As described above, it is important to set the feedback coefficient β in order to make the input value Im reproducible on average. However, as can be seen from the figure, the feedback coefficient β is usually around 0.5. It means that. However, this varies with conditions. That is, the feedback coefficient β = 0.5 is appropriate only when the initial threshold value is constant or close to the median as shown in the example, and when the initial threshold value is different. The value of the optimum feedback coefficient β varies.
[0062]
For example, as shown in FIG. 19, the initial threshold value Th (x) may be modulated by other factors such as an input value. In this case, the feedback coefficient β varies depending on the degree of dependence on the input value. As inferred from FIGS. 15 to 17, as the degree of negative dependence on the input value Im increases, the output function surface rises and the optimum feedback coefficient β approaches zero. Further, as the degree of positive dependence on the input value increases, the output function surface goes to sleep and the optimum feedback coefficient β approaches 1. Accordingly, the initial threshold value may be anything, but it is necessary to change the setting of the feedback coefficient β accordingly.
[0063]
In this way, by setting the feedback coefficient β so as to take advantage of the characteristics of the output function surface, the threshold diffusion method preferentially reproduces the first-order or higher-order component of the input value, that is, the high-frequency component. It is also possible to reproduce local zero-order components, that is, low-frequency components.
[0064]
12 to 14 show the relationship between the three in the error diffusion method, and β = 0 in FIG. 12 shows a case where error diffusion is not performed. That is, in FIG. 12, binarization is performed using a simple threshold value. Β = 1 in FIG. 13 corresponds to performing a normal error diffusion method. The output value Out reflects the input value Im. In the case of the error diffusion method, even if β is between 0 and 1, the output function reflects the input value when the input value is close to the threshold value, and is simple when the input value is close to max and min. It only has binarization and does not have much meaning. That is, in the error diffusion method, even if β is between 0 and 1, it is merely insufficient error diffusion.
[0065]
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. 66 with the apparatus using the threshold diffusion method shown in FIG. 1, the error diffusion method uses the input pixel value and 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.
[0066]
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.
[0067]
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.
[0068]
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. .
[0069]
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.
[0070]
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.
[0071]
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.
[0072]
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.
[0073]
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.
[0074]
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.
[0075]
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.
[0076]
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.
[0077]
FIG. 23 is a diagram for explaining a specific calculation example by the threshold value diffusion method. Referring to the figure, it is shown how numerical values in the apparatus change by subtracting
[0078]
Specifically, for the initial threshold value (threshold value th), the input value (input), and the coefficient β, the output of the subtraction unit 109 (correction threshold value Mod th) and the threshold
[0079]
As shown in the calculation example of FIG. 23, when one gradation is 1/255 (= 0.00392) with respect to the maximum output value, the threshold value is one-dimensionally diffused in one direction. The correction threshold (Mod th) is halved for each step. It is only the eighth step that the correction threshold reaches 1/255 with respect to the maximum value. This is the preferred run-up section ((255) 1/2 / 2≈8) is almost equal. In the case of the error diffusion method, after 128 steps, the threshold value diffusion method is very advantageous compared to the error diffusion method. However, since the threshold value is actually two-dimensionally diffused, the run-up period is longer than that in the case of one-dimensional diffusion in one direction.
[0080]
Next, specific results of image processing will be described.
FIG. 24 is a diagram illustrating an image to be processed. This image has 256 gradations from 0 to 255. The black part in the image is a part showing a density of 251/255, and the central square part is a part showing a density of 4/255. In addition, a line having a density of 230/255 is drawn at a portion indicated by two arrows.
[0081]
With the image creation apparatus using the threshold value diffusion method of the first embodiment described above, the image binarization process shown in FIG. 24 was performed. The initial threshold value was 0.5 and the coefficient β was 0.5. In addition, the matrix shown in FIG. 2 was used for threshold diffusion.
[0082]
FIG. 25 is a diagram showing the image processing result. As shown in the figure, when the threshold value diffusion method is employed, dot generation delay and tailing are small.
[0083]
FIG. 26 is a diagram showing a result of processing the image shown in FIG. 24 by the error diffusion method (threshold is 0.5, and the same matrix as FIG. 2 is used for error diffusion). As can be seen from this figure, when the error diffusion method is employed, dot generation delay and tailing become severe. Thus, it can be seen that the threshold diffusion method is superior to the error diffusion method.
[0084]
For reference, FIGS. 27 and 28 show the results of threshold value diffusion processing when the initial threshold value is 0.5 and the input value is 0.2. In FIG. 28, the flow of each numerical value in the four steps (1) to (4) is shown.
[0085]
[Modification]
Instead of the configuration shown in FIG. 1, the configuration shown in FIG. 19 may be adopted for the threshold value diffusion method. In the configuration of FIG. 19, the initial threshold value Th (x) is modulated by the input value. In this case, it is necessary to adjust the feedback coefficient β.
[0086]
Further, instead of the configuration shown in FIG. 1, the configuration shown in FIG. 20 may be adopted. This includes a
[0087]
In addition, the apparatus configuration shown in FIG. 19 and the apparatus configuration shown in FIG. 20 are added, and the modulation by the input value of the initial threshold Th (x) and the process of multiplying the input value by the coefficient α are performed. It may be performed simultaneously.
[0088]
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.
[0089]
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.
[0090]
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.
[0091]
[Second Embodiment]
The image processing apparatus according to the second embodiment uses a plurality of image creation apparatuses according to the first embodiment to reduce the gradation of a multi-value image composed of a plurality of color components.
[0092]
Here, the processing of a color image composed of four colors C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and K (black) for a printer is targeted.
[0093]
FIG. 21 is a block diagram showing the configuration of the image processing apparatus according to this embodiment. Referring to the figure, the image processing apparatus inputs color image data, decomposes it into a multivalued image of C, M, Y and K, and outputs it to each of C, M, Y and K. The
[0094]
Here, as one configuration of the
[0095]
Different feedback coefficients β can be set in each of the
[0096]
Further, the initial threshold value Th (x) can also be set freely. That is, four types of appropriate patterns may be prepared and used as the initial threshold value. By such a device, it is possible to provide an advantageous effect on color reproduction when the four color image data are superimposed.
[0097]
That is, it is possible to perform processing so that noise due to interference does not occur when colors are superimposed. For example, in the process of using the dither screen as the initial threshold value Th (x), four types of screen patterns may be prepared by changing the pitch and angle of the screen, and corresponding to each color. In this way, processing specific to a color image can be performed in the present embodiment.
[0098]
Further, as shown in FIG. 21, it is desirable to process image data of four colors independently from each other for the purpose of simplifying the process, but it is not always necessary to do so.
[0099]
For example, the input may be considered as a set of vectors in a four-dimensional color space, and threshold diffusion may be performed in the four-dimensional space. In this case, the feedback coefficient is also set as a vector having components of each dimension. The initial threshold value is also set as a function whose output value is a vector (initial threshold value vector Th (x)).
[0100]
By adopting the threshold value diffusion method, the second embodiment also has the merits as described in the first embodiment, but this can be achieved by an appropriate method as in the second embodiment. By adapting to the color image, it is possible to further control the relationship of the color dot arrangement of each color on the output medium. Thereby, it can contribute to a more beautiful color reproduction. For example, in the present embodiment, this can be realized by setting a pattern that does not interfere with each other at the initial threshold value for each color.
[0101]
It is also possible to control the gradation of each color and adjust the color of the output image itself by independently adjusting the feedback coefficient (β) of each color. Thus, there is an advantage that a new degree of freedom in image quality adjustment can be achieved by applying the threshold value diffusion method to a color image.
[0102]
That is, as an effect when the threshold value diffusion method is adopted for the color image, the coefficient and the initial threshold value can be variably set for each color, and the adjustment operation for the dot arrangement at the time of output becomes possible. Also, tone reproduction at the time of output can be effected independently for each color, and the color can be adjusted.
[0103]
By appropriately performing these operations, it is possible to achieve better color reproduction such as the vividness of the color of the output color image itself and the optimization of the color.
[0104]
Such an invention can be applied to an apparatus that decomposes a digitized full-color gradation image into color components that can be output and outputs binary values for each color component. In particular, a color image output device such as a color printer outputs a color material such as ink on paper according to a pixel position, but the output of the color material of each color component is restricted to an on / off binary value. Many. In such a case, depending on the dot arrangement and area of each color material, color reproduction such as hue and saturation and processing for expressing a halftone (binarization processing) are performed. Can be implemented and the effect comes to life.
[0105]
In other words, processing can be performed with relatively simple calculation and a memory that is not so large, the gradation of the original color image can be sufficiently reproduced, and the image quality such as color reproduction can be further improved. A binarization process can be provided.
[0106]
[Modification]
Note that the apparatus configuration shown in FIG. 21 may be modified to the configuration shown in FIG.
[0107]
Referring to FIG. 22, the image processing apparatus sequentially inputs C, M, Y, and K image data from
[0108]
In this apparatus, sequentially input C, M, Y, and K image data are serially processed by one
[0109]
[Third Embodiment]
FIG. 29 is a block diagram showing a configuration of an image creating apparatus according to the third embodiment of the present invention. Referring to the figure, as in the first embodiment, the image creating apparatus includes an
[0110]
In the present embodiment, the image creating apparatus further includes a coefficient β
[0111]
FIG. 30 is a diagram illustrating the γ characteristic when the initial threshold th and the coefficient β are changed. In each of the initial threshold value th and the coefficient β, the horizontal axis of the graph shown indicates the input value, and the vertical axis indicates the output value.
[0112]
According to the error diffusion method that is the prior art, in order to vary the γ characteristic, it is necessary to use a correction function calculation unit, a lookup table, or the like for correcting the separate characteristic. However, when the threshold value diffusion method is used, the γ characteristic can be controlled only by changing th and β.
[0113]
[Fourth Embodiment]
FIG. 31 is a block diagram showing a configuration of an image creating apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to the figure, as in the first embodiment, the image creating apparatus includes an
[0114]
In this embodiment, the image creating apparatus further includes an initial threshold
[0115]
FIG. 32 is a diagram for explaining a method of calculating β by the
[0116]
FIG. 33 is a diagram for explaining an effect in the present embodiment. Referring to the figure, by changing β according to the input value as shown in (A), the output (dot density) when the input is 0 (minimum level) as shown in (B). It is possible to give the apparatus a γ characteristic in which the output is 1 when 0 is 0 and the input is 1 (maximum level).
[0117]
That is, in order to express white or solid, it is often necessary to express dot density 0 (= no dot is applied) and dot density 1 (=
[0118]
In the present embodiment, it is possible to perform image processing that satisfies such a requirement. That is, when the input is 0, if β = th, the output increases monotonously when the input dot is 0 (= minimum value) and the output dot density is 0 and the input is at an intermediate level. Characteristics can be obtained. Similarly, when β = 1−th when the input is 1 (= maximum value), the output dot density is 1 when the input is 1. Further, when the input is other than 0 or 1, β and th can be freely determined continuously with respect to the input. In this embodiment, the parameter k is arbitrarily determined and the input and β are related. With such a configuration, the required characteristics can be easily obtained by simply changing th and k.
[0119]
FIG. 34 is a diagram illustrating changes in γ characteristics when th is changed in a state where k = 0.7. Thus, changing th can change the brightness of the entire output image.
[0120]
FIG. 35 is a diagram showing a change in γ characteristics when the value of k is changed in a state where th = 0.5. Thus, the contrast of the output image can be changed by changing k.
[0121]
[Application example]
FIG. 36A is a diagram showing the characteristics of a certain laser printer, and is a diagram showing the relationship between the density of dots to be printed and the lightness L (how it appears to human eyes). As is apparent from the figure, the dot density and the lightness L are not linear characteristics. If the characteristics shown in FIG. 37C are obtained in the course of image processing, the characteristics of linear dot density and lightness L shown in FIG. 36B should be obtained.
[0122]
38 and 39 are diagrams showing the relationship between the input image obtained by changing k and th and the output dot density. 40 and 41 have the γ characteristics by applying the image creating apparatus according to the fourth embodiment to the laser beam printer having the characteristics shown in FIG. 36A and adjusting k and th. It is a figure which shows the relationship between the input image at the time of letting it appear, and output brightness.
[0123]
As shown in FIG. 40D, when only the error diffusion method is employed and γ correction is not performed, a desirable γ characteristic as shown in FIG. 36B cannot be obtained. By adjusting k and th by the threshold value diffusion method as in the present embodiment, γ characteristics close to desirable γ characteristics ((1) to (3) in FIG. 40 and (1) to ▲ in FIG. 41) are obtained. 3 ▼) can be obtained.
[0124]
Further, the weighting coefficient shown in FIG. 2 may be changed based on the change of the input value.
[0125]
Further, in the present embodiment, the coefficient β and the weighting coefficient are changed based on the input value, but values within the threshold diffusion algorithm (output value, inverted output value, feedback value, correction threshold value, etc.) Based on the above, th, β, and the weighting coefficient may be changed.
[0126]
Furthermore, th, β, and the weight coefficient may be changed depending on the type of image. Here, the image type includes the color of the image (C, M, Y, K, etc.), color / monochrome, whether it is an image or text, a natural image, or a graphic.
[0127]
Conventionally, when digital halftoning technology using an error diffusion method or the like is employed, when processing CMYK image data having the same value (image data, which is likely to be graphics), the same dot pattern is generated, resulting in image quality. Was damaged. Therefore, if any one of th, β, and the weighting coefficient is made different from each other in CMYK, such a problem can be solved.
[0128]
Further, the color development characteristics are generally different for each color material of CMYK. Therefore, in order to obtain preferable characteristics, it has been conventionally necessary to use a correction function calculation or a lookup table for correcting the characteristics for each color. However, by using the threshold value diffusion method, it is possible to obtain preferable characteristics for each of CMYK only by setting th, β and the like appropriate for each color.
[0129]
Furthermore, preferable γ characteristics vary depending on the type of image. For example, a high contrast is required in a text screen, but if the threshold value diffusion method is used, a high contrast can be obtained by setting β small. In addition, in a monochrome natural image, a high-key screen is generally preferable, so th can be reduced. In general, one image forming means must correspond to other types of images, and it is preferable to give different γ characteristics to each image data. Such a request can also be realized by giving different th, β, and weighting coefficients depending on the type of image.
[0130]
Further, although the
[0131]
Further, the weight shown in FIG. 2 may be arbitrarily changed by the user.
[Fifth Embodiment]
Further, the setting by the initial threshold
[0132]
The γ characteristic of the image forming means generally varies depending on the environmental value. In order to compensate for the change in the γ characteristic due to the change in the environmental value, the th, k, β and weighting factors are changed. Further, instead of detecting the environmental value, the output from the
[0133]
[Sixth Embodiment]
FIG. 43 is a block diagram showing a configuration of an image creating apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. Referring to the figure, the image creating apparatus is similar to the first embodiment in that
[0134]
In this embodiment, the image creating apparatus further includes an
[0135]
Similarly to the fourth embodiment, the image creation apparatus includes a coefficient
[0136]
FIG. 44 is a block diagram showing a configuration of the
Referring to the figure, a
[0137]
FIG. 45A is a diagram illustrating processing of the
[0138]
As shown in FIG. 45A, the noise level is 0 if the input value is 0, n if the input value is th, and 0 if the input value is 1.
[0139]
Since the process of the
[0140]
46 to 51 are diagrams showing specific examples of patterns output by the noise pattern generator 705b. 46 to 49 are concentrated dither patterns, FIG. 50 is a distributed dither pattern, and FIG. 51 is a line pattern.
[0141]
Such a pattern may be stored in the memory in advance, or the pattern may be calculated from information on the pixel position. By adding such a regular pattern to the threshold value, the image quality of the output image can be improved.
[0142]
That is, the threshold diffusion method has a problem that crystallization and texture shift are larger than the error diffusion method (dots are more regularly arranged in a grid pattern than the error diffusion method, and the texture shift is conspicuous) As shown in FIG. 34 and FIG. 35, there is a problem that the graph showing the γ characteristic has irregularities. In the present embodiment, these problems can be solved by adding noise.
[0143]
In the case of improving the texture by actively showing the pattern, it is preferable to use a concentrated dither pattern or a line type pattern. On the other hand, if you do not want to show the pattern, it is better to use a distributed pattern.
[0144]
[Effect of the sixth embodiment]
52 and 53 are diagrams showing changes in the γ characteristics when the coefficient k and the initial threshold value th are changed, and are diagrams corresponding to FIGS. 34 and 35. FIG. Here, the coefficient n is set to 0.2.
[0145]
As is apparent from the figure, when noise is added to the threshold according to the present embodiment, it is possible to prevent the γ characteristic curve from being uneven.
[0146]
FIG. 54 is a diagram showing a specific example of texture shift. In the figure, one square indicates the result of binarizing the current image having a constant density by the threshold value diffusion method. As shown in the figure, a pattern (texture shift) appears due to a change in the dot pattern within one square.
[0147]
55, 56 and 57 are diagrams showing the results of image processing with the patterns of FIGS. 46, 47 and 51 added in the present embodiment, respectively. As shown in the figure, it can be seen that the present embodiment can prevent the occurrence of texture shift.
[0148]
In the above-described embodiment, a periodic pattern is added as noise, but random noise may be added. Here, the random noise indicates, for example, white noise, blue noise, or pink noise. White noise is noise that uniformly includes all frequency components, blue noise is noise that includes more high frequency components, and pink noise is noise that includes more low frequency components.
[0149]
FIG. 58 shows an example in which white noise is added to the original image corresponding to FIG. 54 to improve the texture shift.
[0150]
The most common noise is white noise and is easy to generate. When the resolution is important, generally better results can be obtained by using blue noise. On the contrary, when a soft texture is desired, it is better to use pink noise.
[0151]
Although noise is added to the threshold value, noise may be added to any signal in the image creating apparatus such as a feedback coefficient, a weighting coefficient, an initial threshold value, or an input value. Furthermore, it is good also as noise by changing whether the range which diffuses a threshold value is widened or narrowed.
[0152]
In the present embodiment, the noise intensity is changed according to the input value. However, values within the threshold diffusion algorithm (for example, output value, inverted output value, feedback value, initial threshold value, feedback coefficient, etc.) Based on the above, the intensity and pattern of noise to be added may be changed.
[0153]
Further, the intensity and pattern of noise to be added may be changed depending on colors such as CMYK. That is, when printing a plurality of colors in an overlapping manner, if the same pattern exists in different colors, they interfere with each other and cause a reduction in image quality. Therefore, such a problem can be solved by adding a different signal pattern for each color, changing the intensity, changing the angle of the pattern, or changing the period.
[0154]
Furthermore, the intensity of the signal pattern to be added and the type of pattern may be changed depending on the type of image. The types of images include color / monochrome, image / text, natural image / graphic, and the like.
[0155]
Furthermore, the intensity and pattern of the signal pattern to be applied may be changed according to environmental values that are values based on temperature, humidity, power supply voltage, remaining amount of color material, type of color material, aging, photoconductor, light emitting element, etc. .
[0156]
This is because the optimum value of the signal (noise) to be added differs depending on the type of image and the environmental value.
[0157]
[Sample output]
59 to 63 are diagrams showing image print results using the threshold value diffusion method and the error diffusion method.
[0158]
59 to 61 and FIG. 63 show the output results by the threshold diffusion method, and FIG. 62 shows the output results by the error diffusion method.
[0159]
59, the coefficients used in the threshold value diffusion method are k = 0.9, th = 0.7, n = 0.2, and in FIG. 60, k = 0.9, th = 0. 75, n = 0.2, k = 0.9, th = 0.8, n = 0.2 in FIG. 61, and k = 0.9, th = 0.7, in FIG. n = 0.2. The laser printer used for printing these images is a printer having the characteristics shown in FIG.
[0160]
As can be seen from these output results, when the error diffusion method is used (FIG. 62), the image is crushed black, but when the threshold diffusion method is used, a good image can be obtained. effective.
[0161]
[Seventh embodiment]
In the first to sixth embodiments, the input multi-valued image is binarized. In the seventh embodiment, multi-value processing is performed by the threshold value diffusion method. is there. Here, the multi-value conversion processing refers to processing for converting an input multi-value image of, for example, 256 gradations into a multi-value image of, for example, 4 gradations having a smaller number of gradations.
[0162]
First, the basic concept of multilevel processing will be described. FIG. 64 is a graph for explaining conversion from a 256-gradation input image to a 4-gradation output image. In FIG. 64, the input image is divided into three sections, and binarization processing using the threshold value diffusion method is performed for each section. That is, threshold diffusion that outputs two gradations of
[0163]
FIG. 65 is a block diagram showing the configuration of the image creation apparatus in the present embodiment. In the figure, a portion surrounded by a broken line A is a portion that performs binarization processing by the threshold value diffusion method, and other portions perform processing such as input image segmentation and output gradation assignment. Since the binarization processing part can use the same configuration as in the first to sixth embodiments, description thereof will be omitted. Needless to say, the threshold value Th (x) and the feedback coefficient β can be changed manually or automatically as in the above-described embodiment. Hereinafter, the configuration other than the binarization processing part will be described.
[0164]
First, a multi-value image (0 to 1) is input to the input unit B1. For example, in the case of an image with 256 gradations, a value normalized to 0/255 to 255/255 is input. The input image is divided into three sections according to the input gradation by the section B2. That is, when the input image is 0 to 102/255, it is classified into category a, when the input image is 103/255 to 204/255, it is classified into category b, and when the input image is 205/255 to 255/255, it is classified into category c. It is divided. On the other hand, the normalization processing unit B3 outputs a value Rin obtained by normalizing the input image from 0 to 1 in each section according to the classification result of the classification unit B2.
[0165]
The threshold processing unit B4 outputs “1” if Rin ≧ threshold Th (x) with respect to the normalized value Rin, and “0” if Rin <threshold Th (x). The normal binarization process of outputting “is performed. In the assigning unit B5, output gradations are assigned based on the classification result in the sorting unit B2 and the binarization processing result in the threshold processing unit B4. That is, when the input image is category a, if the binarization processing result is 0,
[0166]
In the above description, only conversion from an input image of 256 gradations to an output image of 4 gradations is shown, but conversion from an arbitrary input gradation to an arbitrary output gradation is also possible with the same method. is there.
[0167]
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 showing a configuration of an image creating apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of a
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 diagram showing a threshold diffusion processing result when a feedback coefficient β = 1.
FIG. 10 is a diagram illustrating a threshold value diffusion process result when a feedback coefficient β = 0.
FIG. 11 is a diagram showing the result of threshold value diffusion processing when the feedback coefficient β is 0.5.
FIG. 12 is a diagram showing a relationship among an input value Im, a threshold value Th, and an output value Out when β = 0 in the error diffusion method.
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship among an input value Im, a threshold value Th, and an output value Out when β = 1 in the error diffusion method.
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between an input value and an output value when a threshold value is a median value.
FIG. 15 is a diagram illustrating a relationship among an input value Im, a threshold value Th, and an output Out when β = 0 in the threshold value diffusion method.
FIG. 16 is a diagram showing a relationship among an input value Im, a threshold value Th, and an output Out when β = 1 in the threshold value diffusion method.
FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship among an input value Im, a threshold value Th, and an output Out when β = 0.5 in the threshold value diffusion method.
FIG. 18 is a diagram illustrating a relationship between an input value and an output value when a threshold value is a median value.
FIG. 19 is a block diagram of an image creating apparatus using a threshold value diffusion method for modulating an initial threshold value Th (x) by an input value.
20 is a diagram showing a modification of the apparatus of FIG.
FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a second embodiment.
22 is a block diagram showing a modification of the apparatus of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a diagram for explaining a specific calculation example by the threshold value diffusion method;
FIG. 24 is a diagram illustrating an image to be processed.
FIG. 25 is a diagram showing a processing result using a threshold value diffusion method.
FIG. 26 is a diagram illustrating a processing result by an error diffusion method.
FIG. 27 is a diagram illustrating a result of threshold value diffusion processing.
FIG. 28 is a diagram showing the result of threshold value diffusion processing for each step.
FIG. 29 is a block diagram illustrating a configuration of an image creating apparatus according to a third embodiment.
FIG. 30 is a diagram illustrating a γ characteristic when an initial threshold th and a coefficient β are changed.
FIG. 31 is a block diagram illustrating a configuration of an image creating apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 32 is a diagram for explaining a method of calculating β by a
FIG. 33 is a diagram for explaining an effect in the fourth embodiment;
FIG. 34 is a diagram showing changes in γ characteristics when th is changed in a state where k = 0.7.
FIG. 35 is a diagram showing changes in γ characteristics when the value of k is changed in a state where th = 0.5.
FIG. 36 is a diagram illustrating a relationship between dot density and brightness of a laser printer.
FIG. 37 is a diagram illustrating a preferable γ characteristic for the printer of FIG. 36.
FIG. 38 is a diagram showing changes in γ characteristics when th is changed.
FIG. 39 is a diagram illustrating changes in γ characteristics when k is changed.
FIG. 40 is a diagram showing changes in γ characteristics by the threshold value diffusion method.
FIG. 41 is a diagram showing changes in γ characteristics by the threshold value diffusion method.
FIG. 42 is a block diagram of an image forming apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 43 is a block diagram illustrating a configuration of an image creating apparatus according to a sixth embodiment.
44 is a block diagram showing a configuration of a
FIG. 45 is a diagram illustrating processing performed by a noise generation unit and a β calculation unit.
FIG. 46 is a diagram illustrating a first example of a noise pattern.
FIG. 47 is a diagram illustrating a second example of a noise pattern.
FIG. 48 is a diagram illustrating a third example of a noise pattern.
FIG. 49 is a diagram illustrating a fourth example of a noise pattern.
FIG. 50 is a diagram illustrating a fifth example of a noise pattern.
FIG. 51 is a diagram illustrating a sixth example of a noise pattern.
FIG. 52 is a first diagram showing effects according to the sixth embodiment.
FIG. 53 is a second diagram showing the effect of the sixth embodiment.
FIG. 54 is a diagram illustrating an example of texture shift.
FIG. 55 is a diagram showing a state in which the pattern of FIG. 46 is added.
FIG. 56 is a diagram showing a state in which the pattern of FIG. 47 is added.
FIG. 57 is a diagram showing a state in which the pattern of FIG. 51 is added.
FIG. 58 is a diagram illustrating an example in which white noise is added to improve texture shift.
FIG. 59 is a first diagram showing an output result by a threshold value diffusion method.
FIG. 60 is a second diagram showing an output result obtained by the threshold value diffusion method.
FIG. 61 is a third diagram showing an output result obtained by the threshold value diffusion method.
FIG. 62 is a diagram showing an output result by an error diffusion method.
FIG. 63 is a fourth diagram showing an output result by the threshold value diffusion method.
FIG. 64 is a diagram illustrating processing according to the seventh embodiment;
FIG. 65 is a block diagram illustrating a configuration of an image creating apparatus according to a seventh embodiment.
FIG. 66 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 Part, 119 correction value memory.
Claims (26)
各画素の第1画像信号を順次入力して、各画素の濃度レベルを対応するしきい値と比較し、第2画像信号に変換するコンバータと、
前記コンバータから出力される第2画像信号の信号レベルと当該第2画像信号の変換に用いたしきい値とに基づいて、続く画素に対応するしきい値を生成するフィードバック回路とを備え、
前記フィードバック回路は、
前記第2画像信号の信号レベルの反転出力と当該第2画像信号の変換に用いたしきい値との差分を算出する手段と、
前記差分にフィードバック係数を乗じてフィードバック値を算出する手段と、
前記フィードバック値に所定の重み定数を乗じた値で基準のしきい値を補正することによって、続く画素に対応するしきい値を生成する手段とを含む、画像処理装置。An image processing apparatus for converting a first image signal indicating a density level of each pixel with a predetermined number of gradations into a second image signal having a smaller number of gradations than the predetermined number of gradations,
A converter that sequentially inputs a first image signal of each pixel, compares the density level of each pixel with a corresponding threshold value, and converts it to a second image signal;
A feedback circuit that generates a threshold value corresponding to a subsequent pixel based on the signal level of the second image signal output from the converter and the threshold value used for the conversion of the second image signal ;
The feedback circuit includes:
Means for calculating a difference between an inverted output of the signal level of the second image signal and a threshold value used for conversion of the second image signal;
Means for multiplying the difference by a feedback coefficient to calculate a feedback value;
And a means for generating a threshold value corresponding to a subsequent pixel by correcting a reference threshold value by a value obtained by multiplying the feedback value by a predetermined weight constant .
前記コンバータで変換される各画素の濃度レベルと予め定められた初期しきい値との大小関係に基づいて、所定の関係式に従ってフィードバック係数を算出する手段と、
前記所定の関係式を変更する手段とを備えた、請求項4に記載の画像処理装置。The feedback coefficient setting unit includes:
Means for calculating a feedback coefficient according to a predetermined relational expression based on the magnitude relationship between the density level of each pixel converted by the converter and a predetermined initial threshold value ;
And means for changing the predetermined relationship, the image processing apparatus according to claim 4.
各画素の第1画像信号を順次入力して、各画素の濃度レベルを対応するしきい値と比較し、第2画像信号に変換する変換ステップと、
前記コンバータから出力される第2画像信号の信号レベルと当該第2画像信号の変換に用いたしきい値とに基づいて、続く画素に対応するしきい値を生成するフィードバックステップとを備え、
前記フィードバックステップは、
前記第2画像信号の信号レベルの反転出力と当該第2画像信号の変換に用いたしきい値との差分を算出するステップと、
前記差分にフィードバック係数を乗じてフィードバック値を算出するステップと、
前記フィードバック値に所定の重み定数を乗じた値で基準のしきい値を補正することによって、続く画素に対応するしきい値を生成するステップとを含む、画像処理方法。An image processing method for converting a first image signal indicating a density level of each pixel with a predetermined number of gradations into a second image signal having a smaller number of gradations than the predetermined number of gradations,
A first image signal of each pixel are sequentially inputted, as compared to the corresponding threshold density level of each pixel, a conversion step of converting the second image signal,
A feedback step of generating a threshold value corresponding to a subsequent pixel based on a signal level of the second image signal output from the converter and a threshold value used for conversion of the second image signal ;
The feedback step includes
Calculating a difference between an inverted output of the signal level of the second image signal and a threshold value used for conversion of the second image signal;
Multiplying the difference by a feedback coefficient to calculate a feedback value;
And correcting a reference threshold value by a value obtained by multiplying the feedback value by a predetermined weight constant to generate a threshold value corresponding to a subsequent pixel .
各画素の第1画像信号を順次入力して、第2画像信号の階調数に対応した区分に区分けする区分回路と、
前記区分回路で区分けされた区分内で、前記入力した第1画像信号を正規化する正規化回路と、
前記正規化回路で正規化された第1画像信号を順次入力して、各画素の信号レベルを対応するしきい値と比較するコンパレータと、
前記コンパレータから出力される比較結果と当該比較に用いたしきい値とに基づいて、続く画素に対応するしきい値を生成するフィードバック回路と、
前記コンパレータから出力される比較結果と前記区分回路で区分けされた区分に応じて、各画素に第2画像信号の階調レベルを割り当てる割り当て回路とを備え、
前記フィードバック回路は、
前記コンパレータから出力される比較結果の反転出力と当該比較に用いたしきい値との差分を算出する手段と、
前記差分にフィードバック係数を乗じてフィードバック値を算出する手段と、
前記フィードバック値に所定の重み定数を乗じた値で基準のしきい値を補正することによって、続く画素に対応するしきい値を生成する手段とを含む、画像処理装置。An image processing apparatus for converting a first image signal indicating a density level of each pixel with a predetermined number of gradations into a second image signal having a smaller number of gradations than the predetermined number of gradations,
A classification circuit that sequentially inputs a first image signal of each pixel and divides the first image signal into sections corresponding to the number of gradation levels of the second image signal;
A normalization circuit that normalizes the input first image signal within the section divided by the section circuit;
A comparator that sequentially inputs the first image signal normalized by the normalization circuit and compares the signal level of each pixel with a corresponding threshold value;
A feedback circuit on the basis of the threshold used in the comparison result and the comparison output from the comparator, and generates a threshold value corresponding to a subsequent pixel,
An allocation circuit that assigns the gradation level of the second image signal to each pixel according to the comparison result output from the comparator and the classification divided by the classification circuit;
The feedback circuit includes:
Means for calculating a difference between an inverted output of the comparison result output from the comparator and a threshold value used for the comparison;
Means for multiplying the difference by a feedback coefficient to calculate a feedback value;
And a means for generating a threshold value corresponding to a subsequent pixel by correcting a reference threshold value by a value obtained by multiplying the feedback value by a predetermined weight constant .
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