JPH039676B2

JPH039676B2 -

Info

Publication number: JPH039676B2
Application number: JP56043186A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kawamura; Yukio Masuda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1991-02-08
Also published as: US4595956A; JPS57159173A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、解像力および階調性を高めて中間調
画像の出力をなす画像処理装置に関する。一般に回転多面鏡や振動ミラーを用いた走査系
は、走査角度を大きく取れること、色分散の少な
いこと等により、レーザを用いたフアクシミリ装
置、各種デイスプレイ装置、記録装置等に多く用
いられている。特に、回転多面鏡は、高速の走査
装置として広く使用されている。従来、かかる走査系において、中間調画像を記
録または表示する方式として、記録・表示面にお
ける１画素をｎ×ｎ（ｎは正の整数）個の微画素
より成るマトリツクス構造により構成し、その
各々のマトリツクス要素でなる微画素のぬりつぶ
し方、すなわち白色微画素と黒色微画素の配分に
より中間調を再現しようとする方式がある。第１
図Ａ〜Ｅに、かような記録方式におけるマトリツ
クス構成の画素例を示す。ここで、画素１１は２
×２の微画素１３でなる。かかる画素構成によ
り、中間調を再現しようとする場合、第１図Ａ〜
Ｅのように順次に微画素をぬりつぶしていくこと
により、０，１，２，３，４と順次濃度が高くな
る５階調が得られる。一般に、画素をｎ×ｎの微
画素マトリツクスで構成することにより、ｎ×ｎ
＋１階調の画像が得られる。この中間調画像方式
の利点として、１つの微画素の記録を白または黒
の２値で記録すればよいためシステムが簡単、そ
のため感光体のガンマは非線形でもよいので感光
体の種類を問わない等が挙げられる。その反面、
この方式によると、１つの画素を複数の微画素で
構成しているため解像度が悪くなるという欠点が
ある。かかる欠点を除去するためには、画素のサ
イズを小さくすることが必要である。そのため、
おのずと微画素のサイズを極めて小さくしなけれ
ばならず、例えばレーザビームプリンタに適用し
た場合、感光体ドラム上のビームスポツト径は極
めて微小であることが要請される。かような要請
を、光学系においては十分に充すことが実現でき
る。しかしながら、感光体の特性として、細い画
素に対して十分なレスポンスが得られない場合が
ある。第２図に感光体の特性例を示し、ここで、横軸
に空間周波数を、縦軸にMTF値をそれぞれとつ
ている。この特性は、感光体を電子写真用の感光
体ドラムとした場合である。２１は潜像特性、２
３は現像転写特性をそれぞれ示す。これらの特性
から分かように高い空間周波数に対してはMTF
値は低い。そのため、上述した中間調画像方式に
よつて十分な階調性のある画像出力を得ることは
できない。このような方式で、画素サイズを小さ
くして実際に記録した場合、各微画素の塗りつぶ
し方は忠実ではなかつた。そのため、微画素の１
つの増減が、記録された出力の変化として現われ
なかつた。従つて、解像度を上げるために画素サ
イズを小さくすると階調性が損われるという欠点
があつた。本発明の目的は、上述した点に鑑み、高解像度
でかつ高階調の安定した中間調画像の記録表示を
可能とする画像処理装置を提供することにある。
かかる目的を達成するため、本願発明は、画像信
号を入力する入力手段（本実施例では入力部６１
に対応する）と、前記入力手段により入力された
画像信号を予め輪郭強調し、輪郭強調された画像
信号を用いて、所定ブロツク内の各画素の値の変
化の大きい文字画像かあるいは該ブロツク内の各
画素の値の変化の小さい階調画像かを識別し、識
別信号を発生する識別手段（同じくCPU81）と、
前記識別信号および前記画像信号に応じて前記画
像信号の階調を表現すべく、互いに異なる周期で
ドツトを発生させ得る中間調処理手段（同じく
CPU81、RAM87、ROM93）とを有し、前記中
間調処理手段は前記識別手段により入力画像を階
調画像と識別したときは第１の周期でドツトを発
生するように（同じく第９図Ａ）入力画像信号を
中間調処理し、一方入力画像を文字画像と識別し
たときは、前記第１の周期より小さい周期でドツ
トを発生するように入力画像信号を中間調処理す
ることを特徴とする。本実施例は、画像の細い部分（高い空間周波数
成分）に対しては、小さなマトリツクスサイズの
画素で、また画像の粗い部分（低い空間周波数成
分）に対しては大きなマトリツクスサイズの画素
で出力することにより、解像性および階調性を共
に増大させている。これは、人間の視覚特性とし
て、空間周波数の低い低域成分（例えば人の顔の
肌の部分等）に対しては階調性を多く要するが、
高い空間周波数成分（輪郭等）に対しては階調性
は少なくてもよいという事実に基づく。その結
果、低域成分を大きなマトリツクスサイズとすれ
ば階調性が十分とれる。なお、この場合、解像度
は低域成分のため高くする必要はない。また、高
域成分を小さなマトリツクスサイズとすれば解像
度を十分高くすることができる。なお、その場
合、階調性を高くする必要はない。以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。第３図に本発明実施例における出力部を示す。
ここで、半導体レーザ３１から出射された出射ビ
ームをコリメータレンズ３３により平行ビーム３
５とする。このビーム３５を回転多面鏡３７によ
り光偏向した後・θレンズ３９を通す。その通
過後のビーム４１を感光体ドラム４３の感光体表
面４５に照射する。ここで、光ビームの主走査
（ａ方向）は回転多面鏡３７をｂ方向に軸回転さ
せて行う。また、感光体ドラム４３をｃ方向に回
転させて副走査を行う。ここで、半導体レーザ３
１を後述する変調手段によつてオン、オフするこ
とにより、所望の中間調画像を含んだ画像パター
ンを感光体表面４５上に形成することができる。第４図に本発明実施例における出力部の詳細を
示す。ここで、感光体ドラム４３の感光体表面４
５は光導電体を塗布した層の上に絶縁層を設け
て、所謂NP方式によることとしている。画像形成するためには、まず一次帯電器５１に
よりコロナ放電で感光体表面４５上を一様にプラ
ス帯電する。次に、レーザビーム４１を感光体表
面４５上に照射しながら除電器５３により交流コ
ロナ放電を行う。更に、全面露光ランプ５５を用
いて一様に感光層を照射すると、画像情報を表面
電位分布として、すなわち静電潜像として感光体
表面４５上に蓄積することができる。次いで、現
像器５７内の逆極性のトナー粒子を感光体表面４
５上に付着させて静電潜像を現像する。しかる
後、その現像画像を転写材（紙）５９に転写す
る。第５図に画像出力のための信号処理系を示す。
ここで、例えばテレビジヨンカメラのような入力
装置６１は二次元画像情報を一次元（時系列）輝
度信号６３に変換する。この輝度信号６３のアナ
ログ量を、アナログ−デジチル（以下Ａ／Ｄと称
す）変換器６５によりデジタル量に変換する。そ
のデジタル信号６７を、１画面分のフレームメモ
リ６９に供給して格納する。いま、中間調画像の
記録として第６図Ａ〜Ｐに示すように４×４の微
画素でなる画素を選んだ場合、濃度パターンとし
ては同図に示される１６通り（全面白も含めれば
１７通り）の記録階調が考えられる。従つて、入
力信号をＡ／Ｄ変換する場合には最大１６通りの
レベル量子化、すなわち４ビツトのＡ／Ｄ変換を
行えば十分である。入力信号のＡ／Ｄ変換を単に
コード化することとみれば、ｎ×ｍの微画素より
なる画素とｋビツトの量子化との間には、 2^k≦ｎ×ｍ (1) なる関係さえみたせばよい。この関係で不等号が
成立する場合は、入力信号の量子化レベル数が濃
度パターンの各場合の数よりも少ない。そのた
め、濃度パターンの一部を適宜まびくことによ
り、ガンマ変換等を行うことができる。このと
き、入力信号をＡ／Ｄ変換した数値は単にコード
化された数値とみることができ、これに対応した
ドツト配列を決めればよい。入力情報を、第７図に示すように、入力装置の
主走査方向（Ｈアドレス）および副走査方向（Ｖ
アドレス）に分けて、各入力画素毎に番地定義し
てフレームメモリ６９に格納する。フレームメモ
リ６９の各アドレスにて示される各画素を表わす
符号化信号は、Ａ／Ｄ変換器６５が４ビツトのも
のであれば、第８図に示す如く４ビツトd₀〜d₃の
画像情報部とマトリツクスサイズを決める１ビツ
トd₄の計５ビツトから構成される。中央演算処理
装置（以下CPUと称す）８１によつて、フレー
ムメモリ６９内の各画素に対する画素情報に対し
ては、５ビツトのうち頭の１ビツトd₄を決定して
マトリツクスサイズを決める（その手段は後述す
る）。しかる後、再びフレームメモリ６９に格納
する。この操作をフレームメモリ６９の全部（１
画面）に亘つて繰り返す。次に、かかるマトリツクスサイズの決め方を説
明する。出力画像の記録に用いられる画素サイズ
を、第９図ＡおよびＢに示す如く１：２とする。画像処理のルールとして、画像情報が急激に変
化しているときには第９図Ａの小サイズのマトリ
ツクスMXSで、また画像情報があまり変化して
いないときには第９図Ｂの大サイズのマトリツク
スで出力するようにする。CPU８１でこの判断
を行うためには、以下の手順を踏めばよい。まず、ルール１として、４画素毎に取り出し、
それら４つの情報が全て同一であれば大きいマト
リツクスMXLとする。すなわち、第７図におけ
る画素のアドレス（Ｖ、Ｈ）＝（２，０），（３，
０），（２，１），（３，１）の４画素を例にとる
と、全て同じ濃度４である。このような場合には
第１０図Ａのように大きい画素サイズで描く。次に、ルール２として、４画素毎に取り出して
それら４つの情報の差分が１以下であれば大きい
マトリツクスMXLとする。すなわち、第７図に
おける画素のアドレス（Ｖ，Ｈ）＝（４，０），
（５，０），（４，１），（５，１）の４画素を例に
とると、濃度４，５で差分が１である。このよう
な場合には、第１０図Ｂのように大きい画素サイ
ズのマトリツクスMXMで描く。この時の濃度
は、４つの画素の平均値が量子化レベルに近い方
の数値をとるものとする。更に、ルール３として、４画素毎に取り出して
それら４つの情報の差分が１よりも大きいときに
は（２以上）、各画素に対して小さいマトリツク
スMXSとする。すなわち、第７図における画素
のアドレス（Ｖ、Ｈ）＝（０，０），（１，０），
（０，１），（１，１）の４画素を例にとると、そ
れらの濃度は２，３，４であるから差分は１より
大である。従つて、この場合には第１０図Ｃ１，
Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のように各画素に対応した濃度
パターンによつて小さいマトリツクスMXSで描
く。このような３つのルールに従つて全画素に亘つ
て大サイズマトリツクスMXLで描くかあるいは
小サイズマトリツクスMXSで描くかを決定する。
この場合、４つの画素単位の組合せは、フレーム
メモリ６９の左上側（（Ｖ、Ｈ）＝（０，０）より）
から、第７図に点線で四角に囲んだ単位として順
次決定して行く。ところで、上述の３つのルールの内、ルール２
は擬似輪郭の除去にある。すなわち、画像がゆつ
くり変化している低周波成分は本来大きいマトリ
ツクスで描くできであるが、レベルを量子化した
ために１レベルの変化が、ある場所で必ず生じ
る。この部分を小サイズマトリツクスMXSで描
くと、かえつて擬似輪郭を強調することになるの
で、ルール２を設けて、その欠点を除去するもの
である。しかしながら、かようなルール２の弱点
として、差分値が１の細い情報が無視され易い点
にある。しかし、この弱点はあらかじめ輪郭強調
の画像処理を前処理として施しておくことにより
回避できる。すなわち、予め輪郭強調処理を行う
ことにより細い情報も無視されず、画像の特性を
精度よく識別することができる。ところで、CPU８１で行われた画素サイズの
決定は、第８図に示された各画素毎に設けた５ビ
ツトにおける先頭ビツトd₄に、マトリツクスが大
きい場合には“１”、また小さい場合には“０”
としてビツト情報を決めることである。このよう
な判断動作は、CPU８１によつて、バスライン
８３および８５を介して、フレームメモリ６９に
格納されていた情報をワーキングエリアとしての
ランダムアクセスメモリ（以下RAMと称す）８
７に取り込む。このRAM８７において演算を施
した後、再びフレームメモリ６９に戻す。このよ
うにしてマトリツクスサイズを与えたフレームメ
モリ６９内の画像情報を、以下の手順で画像出力
する。ここで、出力部９１は、第３図および第４
図において説明したレーザビームプリンタとす
る。まず、フレームメモリ６９内の情報を４画素単
位（第７図の点線枠単位）でCPU８１によつて
取り込む。その取り込んだ画像情報のマトリツク
スサイズを示すビツトd₄が“１”か“０”かを判
定する。そこで、ビツトd₄が“０”の場合は小サ
イズマトリツクスMXSで、“１”の場合には大サ
イズマトリツクスMXMで出力するように指令す
る。なお、予めリードオンメモリ（以下ROMと
称す）９３内に画像情報の各値に対するドツト配
列のパターンを格納しておく。そこで、ビツトd₀
〜d₃によるコード情報に応じたパターンデータを
ROM９３から、バスライン９５を介して読取
る。次に、先のサイズ指令データおよびパターン
データをバスライン９７を介してラインメモリ９
９に供給し、各画素毎に指定サイズに従つてデー
タを書込む。しかる後、このラインメモリ９９に
書込まれたデータに基づく出力信号１０１を出力
装置９１は受信して、第３図および第４図にて説
明した動作によつて順次記録する。ラインメモリ９９は第１１図に示すように、縦
方向には小さいマトリツクスサイズで２画素分
（大きいマトリツクスサイズでは１画素分）、また
横方向には小さいマトリツクスサイズ（画素）で
はフレームメモリの１ライン分の大きさをしめ
る。すなわち、小さい画素に対してフレームメモ
リ６９の２ライン分に相当する大きさを持つ。た
だし、１画素に対しては16ビツト（＝４×４）を
有し、各ビツト毎に微画素が黒（“１”）か白
（“０”）のいづれかをとりうる。その入れ方は第
１１図に示すようにつめこまれ、出力部９１で出
力し画像記録する場合には横方向に走査し順次読
んでいき（主走査方向）、次に縦方向に送る（副
走査）。ラインメモリ９９からの出力信号１０１
によつて、その情報が“０”であればレーザ３１
をオフ、また“１”であればレーザ３１をオンと
して、転写材５９上でそれぞれ白部分または黒部
分として記録される。第１２図Ａ〜ＱにROM９３に格納されている
ドツトのパターンを示す。ここで、同図Ａ〜Ｑの
それぞれによつて示される濃度は

〔０〕，〔１〕，
〔２〕…〔16〕に対応している。従つて、フレー
ムメモリ６９から取り出した値が〔２〕であり、
そしてマトリツクスサイズを表わすビツトd₄が
“０”であれば、第１２図Ｃのドツト配列パター
ンを示すデータがラインメモリ９９に転送され
る。それと同時に他の３つの画素に対しても対応
する濃度のドツトパターンのデータがラインメモ
リ９９に転送される。ところで、マトリツクスサイズを表わすビツト
d₄が“１”の場合、これは４画素分のデータが全
て等しいとき４前述のルール１）か、あるいは差
分が１のとき（ルール２）である。その場合、４
つのデータを加えて平均をとり四捨五入して整数
化し、各レベル値に対するドツトパターンを第１
２図Ａ〜Ｑの中から選ぶ。しかる後、マトリツク
スサイズを２倍とし、すなわち大マトリツクス
MXLをラインメモリ９９に格納する。その結果、
第７図に示したフレームメモリ６９内の情報は、
ラインメモリ９９内で第１１図に示すようなドツ
ト配列に変換される。これを、レーザビームプリ
ンタでなる出力部９１に出力すれば第１０図の記
録パターンになる。このようにして、異なつた２
種類のマトリツクスサイズを有す濃度パターンが
出力、記録される。ところで、画素の実際の大きさは、大きいもの
で一辺が0.4mmの正方形、小さいもので一辺が0.2
mmの正方形である。従つて、微画素としては、そ
れぞれ一辺が100μmの正方形、一辺が50μmの正
方形となる。これらの各画素が集合して一枚の絵
ができ上る。第６図の濃度パターン法では、いわ
ば、網点写真の如き出力を得る。以上の処理において、フレームメモリ６９から
ラインメモリ９９内にドツトパターンに変換して
格納するまでにある程度の時間を要する。しか
し、出力部９１は連続的に出力しつづける。そこ
で、時間のずれを無くするために、ラインメモリ
９９は、第５図に示すように同様のラインメモリ
を２つ設けている。それらＡラインメモリ９９１
およびＢラインメモリ９９２のそれぞれは第１１
図に示す如き構成になつている。Ａラインメモリ９９１に格納されている情報を
出力部９１で出力している間には、CPU８１に
より次の情報をＢラインメモリ９９２に送りつづ
ける。このように、読出しと格納とを順次切り換
えることにより、タイムラグのない高速記録が可
能となる。次に、本実施例におけるメモリ圧縮の技法につ
いて述べる。これは本発明の更なる特徴で、少な
いメモリで多くの情報を有す有益なる手法であ
る。前述の方法でフレームメモリ６９の容量として
は画素が512×512であれば、、 512×512×５／８≒164kバイト (2) 必要であつた。この場合もコードでメモリ６９に
入れているとみなせば、ドツトパターンでもつと
きの１／４に圧縮されているとも言える。しかし
ながら、以下の手法で行えば、更に圧縮できる。第１３図はその原理を示したもので、４画素毎
に差分量子化を行つている。すなわち、第１４図
に示される画素１〜４において、画素２〜４の値
を、画素１の元の値に対する差分値で与える。そ
うすることにより、画像の位置による相関係より
差分を与える所ではビツト数を減ずることができ
る。第１５図は、画素１を４ビツト、他を３ビツト
で与えた場合である。ところで、マトリツクスサ
イズはかかる４画素単位で与えればよいから、４
画素で15ビツトあればよい。なお、前述の方法で
は20ビツトである。但し、必ず３ビツトでたりな
い場合があるため、オーバーフローを表わすビツ
トを設け、そのときには次の15ビツトでその差分
を再び対応する画素に与える。但し、かかる出現
確率は極めて少ないので全体的ばかなり圧縮され
る。しかし、差分を与える場合には、一般に＋，
−が必要である。従つて、前述の４ビツトの画像
情報は頭の１ビツトを符号ビツトとする。従つ
て、＋７〜−８までのレベルにシフトしておく必
要がある。このように、マトリツクスサイズの違う画素
を、画像の空間周波数特性に合わせて出力するこ
とにより、解像性および階調性を高めることがで
きる。なお、上述説明にあつては、４×４の微画素で
１画素を形成し、かような１画素の記録面上での
大きさを１：２の２種類のみによつて説明した
が、これに限定されることはない。多数の画素サ
イズを選択するようにしてもよい。また、電子写
真法について説明したが、空間周波数の高周波に
対するMTF値が低い他の一般の記録法において
も本発明を適用できること勿論である。入力部６
１には原画を読取る装置あるいは画像情報を受信
する装置でもよく、また出力部９１には他の記録
装置あるいはドツト装置でもよい。以上詳述した如く、本発明によれば、解像性お
よび階調性共にすぐれた出力画像を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｅはマトリツクス構成による画素例
を示す図、第２図は感光体の特性図、第３図およ
び第４図は本発明による画像処理装置の一実施例
における出力部を示す構成図、第５図は本発明実
施例のブロツク図、第６図Ａ〜Ｐは１画素による
中間調表示例のパターン図、第７図および第１３
図は記録すべき画素の配列を示す図、第８図は符
号化信号のコードを示す図、第９図は１画素を形
成するマトリツクスを示す図、第１０図は記録画
像を示す図、第１１図はメモリに画素情報が格納
された状態を示す図、第１２図Ａ〜Ｑは各種濃度
パターンのビツト状態図、第１４図および第１５
図は画素の構成説明図である。３１…半導体レーザ、３７…回転多面鏡、４５
…感光体表面、５９…転写材、６５…アナログ−
デジタル変換器、６９…フレームメモリ、８１…
中央演算処理装置、９１…出力部、９９…ライン
メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】１画像信号を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された画像信号を予め
輪郭強調し、輪郭強調された画像信号を用いて、
所定ブロツク内の各画素の値の変化の大きい文字
画像か或は該ブロツク内の各画素の値の変化の小
さい階調画像かを識別し、識別信号を発生する識
別手段と、前記識別信号および前記画像信号に応じて前記
画像信号の階調を表現すべく、互いに異なる周期
でドツトを発生させ得る中間調処理手段とを有
し、前記中間調処理手段は前記識別手段により入力
画像を階調画像と識別したときは、第１の周期で
ドツトを発生するように入力画像信号を中間調処
理し、入力画像を文字画像と識別したときは、前
記第１の周期より小さい周期でドツトを発生する
ように入力画像信号を中間調処理することを特徴
とする画像処理装置。